軟巖地質(zhì)條件下錨注支護(hù)技術(shù)及應(yīng)用

史成俊

【摘 要】在清水營煤礦主井和風(fēng)井，軟巖巷道支護(hù)在技術(shù)上一直是個(gè)難題，巷道自掘進(jìn)成巷至今，變形嚴(yán)重，重復(fù)維修幾次，最后由山東科技大學(xué)提出“錨網(wǎng)索、鋼帶、U型鋼支架、噴砼、錨注、反底拱”等聯(lián)合支護(hù)方案，根據(jù)現(xiàn)場觀測和理論分析，取得了良好的支護(hù)效果。

【關(guān)鍵詞】軟巖；注漿；支護(hù)

0.引言

由于軟巖性質(zhì)及工程邊界的復(fù)雜性，構(gòu)成了軟巖巷道變形力學(xué)結(jié)構(gòu)的多樣性，因而難以找到適合各種條件的通用支護(hù)技術(shù)，而必須根據(jù)具體條件進(jìn)行分析研究，才能得到合理的支護(hù)方案，本文分析了清水營煤礦主井和風(fēng)井軟巖支護(hù)存在的問題，并提出“錨網(wǎng)索、鋼帶、U型鋼支架、噴砼、錨注、反底拱”等聯(lián)合支護(hù)方案，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

1.工程概況

清水營煤礦主斜井由六煤-五煤露頭對應(yīng)地面位置開口，由四上-三煤間進(jìn)入煤系地層，穿過三煤后進(jìn)入二煤底板。主斜井坡度為22°～24°～25°，該層位由灰、灰白、深灰色不同粒級的砂巖組成，屬二煤-八煤間砂巖含水層（Ⅳ），厚度為2.63～214.6m，平均厚63.66m。根據(jù)地質(zhì)勘探報(bào)告，三煤頂板巖石雖孔隙率不大，但吸水率較高，軟化系數(shù)低。巖石強(qiáng)度低，不堅(jiān)固，為易冒落的一類無周期來壓頂板。三煤底板細(xì)砂巖允許單向抗壓強(qiáng)度RP0.375MPa，屬較軟弱類底板；粉砂巖允許單向抗壓強(qiáng)度2.72MPa，屬軟弱類底板。巖層綜合柱狀見圖1。

回風(fēng)斜井由六煤～五煤露頭對應(yīng)地面位置開口，坡度為22°～15°～25°。在二煤露頭位置進(jìn)入二煤，沿二煤底板施工。二煤厚度2.06～8.1m，平均厚4.75m；二煤頂板巖性總體由粗粒砂巖構(gòu)成，次為粉砂巖、泥巖。厚度0.57～71.09m，平均11.55m，偽頂主要發(fā)育于井田南部，巖性以泥巖為主，厚度小于0.5m；底板巖性以粉砂巖為主，次為細(xì)粒砂巖及泥巖，厚度0.53～21.14m，平均5.06m，一般小于5m；頂板的侏羅系上統(tǒng)安定組～中統(tǒng)直羅組裂隙孔隙含水層（III），厚度3.4～372.33m，平均厚度127.12m，層位較穩(wěn)定，滲透性強(qiáng)、導(dǎo)水性好。

2.主井、風(fēng)井支護(hù)出現(xiàn)的問題

兩條斜井井筒設(shè)計(jì)均采用錨網(wǎng)噴支護(hù)，施工過程中均出現(xiàn)不同程度的頂板下沉、裂縫、脫層掉包及底臌等現(xiàn)象，局部出現(xiàn)冒頂。

主要表現(xiàn)是：

①頂板噴層受擠壓變形、掉包、下沉，錨桿支護(hù)失效，個(gè)別錨桿被拉出或拉斷，初噴巷道較成巷后的巷道這一現(xiàn)象突出，掉包嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)冒頂。

②兩幫受頂板下沉和底臌影響，噴層開裂、向外臌出，巷道寬度不夠。

③巷道底板臌起，最大底臌量1600mm，造成軌道變形，巷道高度不夠。

④臺(tái)階向巷幫一側(cè)嚴(yán)重傾斜，水溝開裂變形。

⑤出現(xiàn)脫層、掉包時(shí)，通常伴有滲水、淋水現(xiàn)象。

⑥巷道交岔點(diǎn)或跨度大處容易發(fā)生掉包、脫層現(xiàn)象。

⑦頂板掉包與底臌同時(shí)出現(xiàn)。

⑧部分巷道無淋水現(xiàn)象，巖層受風(fēng)化后，頂板也很快掉包、底板臌起。

3.原因分析

根據(jù)地質(zhì)勘探報(bào)告提供資料顯示：各煤層頂?shù)装鍘r性和厚度變化較大，可采煤層頂?shù)装鍘r性主要以砂巖及粉砂巖，泥巖次之，并有泥巖或炭質(zhì)泥巖的偽頂、偽底。

主要特征是：巖石較松散，易風(fēng)化，較完整，巖體結(jié)構(gòu)多為互層狀；煤層頂?shù)装鍘r層均屬較軟弱或軟弱類巖層，抗拉、抗壓、抗剪切力??；對主斜井二煤底板巖石進(jìn)行礦物成分化驗(yàn)分析（見表1），伊利石40.4%，綠泥石29.8%，石英29.8%：伊利石、綠泥石為膨脹性礦物成分占70%，這也是造成巷道破壞的重要因素。

從現(xiàn)場施工揭露情況來看，基本與地質(zhì)報(bào)告提供的巖性相符，巷道開掘后，產(chǎn)生松動(dòng)壓力，圍巖脫水風(fēng)干或遇水后巖石產(chǎn)生膨脹壓力，在巷道周圍巖層應(yīng)力重新分布的情況下，出現(xiàn)巷道變形特征。

4.已采取的措施

①兩條斜井井筒均采用了錨索加鋼帶加強(qiáng)支護(hù)設(shè)計(jì)變更，頂板下沉現(xiàn)象略有好轉(zhuǎn)，但巷道施工完一段時(shí)間后（2～4個(gè)月）仍出現(xiàn)噴層裂縫、脫層、底臌現(xiàn)象，沒有從根本上解決頂板噴層脫落、掉包現(xiàn)象。

②對巷道噴層脫落、掉包不嚴(yán)重的地段，采用了錨網(wǎng)、鋼帶、錨索、噴漿二次支護(hù)的措施，二次噴層間粘結(jié)不好，隨著時(shí)間推移，局部出現(xiàn)二次脫層、掉包。

③從主斜井搭接硐室至主井皮帶機(jī)尾采用錨網(wǎng)、鋼帶、錨索、32#工字鋼棚、噴漿等支護(hù)方式，過2-3個(gè)月，局部又出現(xiàn)變形，幫鼓、棚腿擠出，漿皮開裂等。附圖2

5.支護(hù)方式的提出

6.工藝流程及支護(hù)參數(shù)

（1）施工工藝：錨網(wǎng)、帶、索、噴砼、鋼支架、錨注、反底拱錨注。

（2）工藝流程：擴(kuò)幫、挑頂→錨網(wǎng)、帶、索支護(hù)→初噴→架設(shè)29#U型鋼支架→打注漿錨桿注漿→復(fù)噴→反底拱錨注加固→噴射混凝土表面修復(fù)。

（3）支護(hù)參數(shù)。

①左旋無縱筋錨桿：Ф20×2500mm，托板使用Q235鋼板，規(guī)格100×100×10mm，每根錨桿的預(yù)緊力為200KN，必須用錨桿力矩扳手預(yù)緊。

②樹脂錨固劑：MSZ2370，每根錨桿使用2節(jié)。

③錨索：Ф15.24×7000mm，每根錨索的漲緊力為120KN，每根錨索使用MSZ2370藥卷4節(jié)，托板用14#槽鋼，長邊為350mm，配合100×100×10mm的鐵托板支護(hù)。

④鋼筋網(wǎng)：使用Ф6.5mm圓鋼焊制而成，網(wǎng)孔100×100mm。

⑤鋼帶：使用Ф16mm圓鋼焊制而成，規(guī)格500×70mm。

⑥注漿錨桿：選用螺旋式專用注漿錨桿，頂部Ф22×3000mm，底板Ф22×1600mm，并有配套止?jié){塞、托盤及螺母。

⑦注漿液配制：采用P.O52.5R普通硅酸鹽水泥，水灰比0.5，2%高效早強(qiáng)減水劑配制注漿液。

⑧噴漿：使用C20砼。

（4）反底拱錨注。

為防止底鼓，需要做反底拱，反底拱中間矢高為400mm，第一次鋪設(shè)200mm厚C30砼為反底拱。將反底拱注漿后鋪鋼筋網(wǎng)，用注漿錨桿注漿，再澆注砼地坪，即底板與反底拱連成一體，形成中間400mm，兩側(cè)200mm厚的切圓反底拱板梁結(jié)構(gòu)。

7.圍巖錨注技術(shù)及要求

7.1注漿設(shè)備及材料

注漿泵選用QB152便攜式注漿泵及配套攪拌桶。注漿錨桿：采用專用注漿錨桿。注漿漿液水泥漿液主料為52.5普通硅酸鹽水泥，水灰比W/C=0.4～0.5，即水：水泥=0.5：1（質(zhì)量比），并摻加占水泥重量的1.5%的復(fù)合高效早強(qiáng)減水劑，以提高漿液的可注性。注入的水泥漿液要攪拌均勻，在能注入的情況下，盡量減少用水增加漿液濃度，以增強(qiáng)加固效果。

7.2注漿參數(shù)

注漿壓力：注漿開始應(yīng)緩慢升壓，正常為0.5～1.0MPa，終壓為2.0MPa。

注漿量①控壓注漿：當(dāng)壓力表達(dá)到注漿終壓時(shí)，可停止注漿；②常量注漿：正常情況下，每孔注入水泥200～300kg左右，分段注漿時(shí)，第一排孔注漿量較大，可能是其它孔的2倍以上是正常的；當(dāng)注入水泥超過500kg，注漿壓力仍未達(dá)到注漿終壓時(shí)，可暫停注漿，待2小時(shí)后再復(fù)注；若復(fù)注時(shí)注入水泥300kg，壓力仍未達(dá)到注漿終壓時(shí)，可換孔注漿。要根據(jù)施工情況注意觀察注漿壓力與注入量。

7.3注漿順序與錨注工藝

7.3.1斷面注漿順序

先注兩幫底角，再注兩墻，后注拱部，從下往上對稱依次進(jìn)行，其順序如圖4（a）所示：1→1*→2→2*→3→3*→4→5→6。要求用兩臺(tái)注漿泵同時(shí)對稱錨注。

7.3.2縱向注漿順序

采用隔排注漿，按先單后雙的間隔復(fù)注方式，其順序如圖4（b）所示：1-1斷面→3-3斷面→5-5斷面→2-2斷面→4-4斷面→6-6斷面，不斷重復(fù)上述過程。鉆孔后，一對注漿錨桿施工完成，再鉆下一對錨孔。

7.3.3注漿工藝：見附圖2和圖3

7.4注漿施工要求

①按設(shè)計(jì)的間排距打注漿錨桿孔，底腳孔下扎45°，其它孔應(yīng)垂直巖面。

②注漿前應(yīng)檢查巖面，發(fā)現(xiàn)裂縫或開裂處應(yīng)采用快硬水泥卷封堵。

③注漿設(shè)備應(yīng)由專人負(fù)責(zé)，注漿時(shí)應(yīng)加強(qiáng)信號(hào)聯(lián)系，保證注、停及時(shí)。

④注漿過程中發(fā)現(xiàn)有漏漿現(xiàn)象，應(yīng)立即停止注漿，封堵后再行注漿。

⑤注漿后過30分鐘，卸下球形閥，并用清水清洗干凈，以備復(fù)用。

⑥應(yīng)及時(shí)記錄每班各孔注漿參數(shù)，以便分析圍巖注漿量及可注性。

⑦注漿時(shí)人員應(yīng)離開注漿孔1m，以防孔口漏漿傷人。

7.5注漿質(zhì)量檢測

7.5.1斷面檢測

沿巷道每10m布置一個(gè)檢測斷面，每斷面布置三根注漿錨桿，拱頂1根，拱基線處各1根，進(jìn)行復(fù)注檢查，如圖7所示。

7.5.2注漿檢測

對圖7所示的三根注漿錨桿分別進(jìn)行注漿，當(dāng)出現(xiàn)1根注漿壓力小于1MPa、注入水泥量大于50kg時(shí)，表明原注漿未注滿或圍巖裂隙未充實(shí)，應(yīng)在10m范圍內(nèi)補(bǔ)打注漿錨桿重注。

7.5.3復(fù)噴要求

巷道驗(yàn)收前對已錨注的巷道進(jìn)行復(fù)噴混凝土，覆蓋注漿錨桿。

圖7 質(zhì)量檢測斷面注漿錨桿布置

8.支護(hù)效果評價(jià)

主井、風(fēng)井錨注部分巷道施工結(jié)束后，按照要求進(jìn)行了“十字布樁和頂板自動(dòng)記錄儀”等礦壓觀測。經(jīng)過兩個(gè)多月的觀測，圍巖基本趨于穩(wěn)定，無明顯礦壓顯現(xiàn)。同時(shí)，風(fēng)井下段經(jīng)過注漿加固的巷道，頂板涌水量相對減少，目前只是個(gè)別地方有滴水現(xiàn)象，改善了井下施工條件。目前錨注技術(shù)已經(jīng)在清水營煤礦副立井馬頭門、11采區(qū)水泵房等重點(diǎn)工程已成功應(yīng)用，從圍巖狀況以及礦壓觀測結(jié)果來看，這種軟巖支護(hù)技術(shù)取得了良好的支護(hù)效果和經(jīng)濟(jì)效益。

9.結(jié)論

采用錨桿和注漿相結(jié)合的新型錨注支護(hù)體系，利用空心錨桿兼做注漿管，通過注漿將松散圍巖膠結(jié)成整體，改善圍巖的結(jié)構(gòu)及其物理力學(xué)性質(zhì)，既提高圍巖自身的承載能力，又為錨桿提供了可靠的著力基礎(chǔ)，發(fā)揮錨桿的錨固作用，從而有效地控制住高應(yīng)力極軟巖巷道的大變形。錨注后，圍巖形成了良好的組合拱結(jié)構(gòu)。錨注支護(hù)技術(shù)具有 可平行作業(yè)、施工速度快、支護(hù)成本低、支護(hù)效果好的特點(diǎn)，為煤礦 安全生產(chǎn)和高產(chǎn)高效創(chuàng)造了有利的條件。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

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