全長錨注支護技術(shù)在斷層破碎區(qū)的應(yīng)用

吳 春

（山西宏宇誠鑄建設(shè)工程有限公司，山西 朔州 038300）

1 概況

同煤集團鐵峰煤業(yè)公司增子坊煤礦8303輔運巷位于83盤區(qū)，南部為實煤，東接回風、皮帶、輔運大巷，上覆14m左右為5#層回風、皮帶及輔運大巷。8303輔運巷設(shè)計長度為1462m，巷道斷面規(guī)格為寬×高=5.0×4.1m。巷道掘進煤層為8#煤層，平均厚度為5.1m，煤巖層走向南北向，盤區(qū)巷西部煤層傾向東，東部大巷煤層傾向西，傾角0～5°，為緩傾斜煤層。煤層直接頂為炭質(zhì)泥巖，平均厚度為3.3m，基本頂主要以粉砂巖為主，平均厚度為8.7m。

8303輔運巷初步支護設(shè)計中頂板采用W型鋼帶、錨桿、錨索進行聯(lián)合支護。W型鋼帶長度為4.8m，寬度為0.25m，鋼帶上均勻布置6根長度為2.5m、直徑為22mm左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿間距為0.9m，排距為1.0m；頂板錨索采用長度為4.5m、直徑為17.8m預(yù)應(yīng)力錨索，間距為1.8m，排距為3.0m。

根據(jù)地質(zhì)資料顯示，8303輔運巷在掘進期間共計揭露4條正斷層，斷層平均落差為2.4m。具體斷層參數(shù)如表1所示。

表1 8303輔運巷揭露斷層參數(shù)表

2 斷層處頂板巖體力學參數(shù)及支護方案

2.1 巖體力學參數(shù)分析

（1）為了保證斷層處巖體力學參數(shù)分析準確性，在四個斷層處分別取樣巖體塊，巖體規(guī)格為長×寬×高=0.5×0.5×0.5m，取樣后進行力學試驗。

（2）通過試驗分析，斷層處巖體主要為黑色炭質(zhì)泥巖，內(nèi)部夾雜部分粉砂巖，巖體平均單軸抗壓強度為32.7MPa，平均抗拉強度為1.4MPa，內(nèi)摩擦角為31°23′，凝聚力系數(shù)為3.7，泊松比為0.24。

2.2 原支護方案存在問題分析

由于炭質(zhì)泥巖單軸抗壓強度低，巖體穩(wěn)定性差，內(nèi)摩擦力小，在過斷層期間受構(gòu)造應(yīng)力、上覆巖層重力以及原巖應(yīng)力等集中應(yīng)力作用，巖體破碎嚴重，膠結(jié)穩(wěn)定性差，無法形成穩(wěn)定連續(xù)的承載梁，導致頂板支護效果差，采用傳統(tǒng)錨桿、錨索支護不能滿足頂板支護要求，主要存在以下幾方面問題：

（1）采用傳統(tǒng)錨桿支護時，錨桿錨固端位于不穩(wěn)定巖體內(nèi)，錨桿錨固質(zhì)量不合格，在應(yīng)力作用下錨固端失效，無法實現(xiàn)支護體與巖體耦合作用，降低了錨桿支護強度。

（2）采用單一注漿加固時，巷道頂板布置注漿孔、支護鉆孔數(shù)量多，在鉆孔施工時破壞了巖體完整性，而且鉆孔施工時對頂板巖體產(chǎn)生嚴重擾動破壞，巖體裂隙面增加，進一步加劇了頂板破碎程度。

（3）原支護設(shè)計盲目性大，雖然支護強度足夠，但是未能嚴格根據(jù)頂板巖體力學性質(zhì)采取合理的支護設(shè)計，導致巷道頂板支護成本費用高，支護工序復雜，降低了巷道掘進效率。

為了提高斷層帶頂板支護效果，降低支護成本費用，通過研究決定，采用全長錨注支護技術(shù)。

3 全長錨注支護工藝及效果

3.1 支護工藝

（1）支護原理：對同一鉆孔同時進行錨桿支護和注漿支護，減少支護鉆孔數(shù)量，降低鉆孔施工擾動破壞，錨桿在支護同時對鉆孔壁裂隙煤體進行粘接加固，提高錨桿錨固效果，同時通過注漿實現(xiàn)錨桿全長錨固的目的。

（2）支護材料：中空加長注漿錨桿、注漿軟管、注漿泵、馬麗散注漿液以及JW型鋼帶。中空加長注漿錨桿長度為3.5m，直徑為25mm，中空直徑為12mm，在注漿錨桿端頭0.5～2.5m范圍內(nèi)兩側(cè)均勻焊制5個圓孔，孔徑為8mm，圓孔與中部圓孔連通，在錨桿端部焊制一個絲扣尾套。

（3）支護工藝：① 首先對頂板施工一排支護鉆孔，鉆孔深度為3.5m，孔徑為30mm，每排5個，間距為1.1m，排距為1.2m。鉆孔施工完后，對鉆孔內(nèi)依次填裝兩支錨固劑及注漿錨桿，并采用鉆機進行錨固，錨固長度不得低于0.9m。② 注漿錨桿錨固后對錨桿中空處埋入一根直徑為10mm軟管，并采用膨脹水泥對孔口0.3m范圍內(nèi)進行封孔處理。③ 將注漿軟管與注漿泵連接，開啟注漿泵進行注漿施工，注漿壓力控制在0.5～1.0MPa之間。所有錨桿注漿完成后在其外露端安裝一根長度為4.8m“JW”型鋼帶。如圖1所示。

圖1 8303輔運巷全長錨注支護斷面示意圖

3.2 應(yīng)用效果

3.2.1 測站布置

為了合理分析斷層破碎帶處全長錨注支護效果，分別在過斷層前以及過斷層期間各取一個測站（1#、2#），并采用十字交叉法進行圍巖變形分析，即在巷道頂板、兩幫、底板各施工一個深度為1.5m、直徑為30mm圓孔，然后在圓孔內(nèi)安裝一根長度為2.0m、直徑為25mm圓鋼標尺，安排專職人員對各個測站標尺數(shù)據(jù)變化情況進行記錄，觀察時間為30d。

3.2.2 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

通過觀察分析，巷道掘進支護后，隨著時間推移，頂?shù)装逡平?、巷幫移近量逐漸增大，最終趨于穩(wěn)定。在巷道過斷層前，頂板最大移近量為170mm，且在18d后趨于穩(wěn)定，巷幫最大移近量為220mm，且在20d后趨于穩(wěn)定；而在斷層破碎帶采用全長錨注支護后，巷道頂板最大移近量為240mm，在22d后趨于穩(wěn)定，巷幫最大移近量為290mm，且在24d后趨于穩(wěn)定，如圖2所示。與完整階段相比，斷層處頂板移近量增加70mm，巷幫移近量增加50mm，在實際支護中屬于允許范圍，可見全長錨注支護對斷層破碎區(qū)頂板起到預(yù)期支護效果。

4 結(jié)語

（1）在斷層破碎帶處采用全長錨注支護后，在一定時間范圍內(nèi)圍巖出現(xiàn)了塑性變形，最終趨于穩(wěn)定。與完整階段巷道圍巖相比，圍巖變形量相差不大，對破碎圍巖起到有效支護控制作用，防止頂板冒落、垮落現(xiàn)象。

圖2 1#、2#監(jiān)測分站圍巖變形曲線圖

（2）與傳統(tǒng)錨（索）支護相比，全長錨注支護實現(xiàn)了錨桿錨固支護與注漿支護同步對頂板支護作用，不僅對鉆孔壁裂隙巖體進行有效粘接充填，破碎巖體單軸抗壓強度可提高至56MPa，提高巖體膠結(jié)能力及內(nèi)摩擦系數(shù)，保證錨桿錨固效果，而且通過注漿支護實現(xiàn)了錨桿全長錨固支護作用。

（3）全長錨注支護減少了巷道頂板支護數(shù)量，降低了支護鉆孔對不穩(wěn)定頂板擾動破壞作用，每米巷道支護時間可縮短0.7h，加快了巷道掘進速度。

（4）傳統(tǒng)錨桿、錨索支護時巷道每米支護成本費用為570元，而全長錨注支護時雖然減少了支護數(shù)量，但是注漿支護材料以及注漿錨桿成本費用相對較高，每米全長錨固支護成本費用可達550元，支護成本費用基本相同。