注漿錨索在軟巖破碎巷道維修支護(hù)中的應(yīng)用

摘 要：文章提出錨網(wǎng)索+注漿錨索復(fù)合型聯(lián)合全封閉維修支護(hù)技術(shù)，解決新柏煤礦三采區(qū)回風(fēng)下山軟巖巷道圍巖變形、巷道底鼓等支護(hù)技術(shù)難題，并對(duì)安新煤田軟巖巷道的支護(hù)設(shè)計(jì)提供借鑒意義。

關(guān)鍵詞：注漿錨索；復(fù)合型

中圖分類號(hào)：TD353.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2014）6-0170-03

1 基本情況

三采區(qū)回風(fēng)下山是三采區(qū)主回風(fēng)巷道，全長(zhǎng)852 m、傾角22 ？觷，沿煤5層底板布置于煤層中，煤層賦存穩(wěn)定，普氏系數(shù)f=2～3，局部地段底板有少量滲水；煤層中含有夾矸，揭露后遇風(fēng)易化跨落，煤5層底板以泥質(zhì)砂巖和油頁巖互層為主，層理及節(jié)理發(fā)育明顯，巖石極其松軟、遇水易膨脹。

因受頂?shù)装遘泿r及周邊回采工作面采動(dòng)壓力影響，巷道頂板下沉、幫部位移、底鼓嚴(yán)重，造成巷道斷面縮小，通風(fēng)行人困難，面對(duì)支護(hù)難題，曾先后多次采用錨網(wǎng)、錨網(wǎng)噴、鋼支架等聯(lián)合支護(hù)技術(shù)對(duì)巷道進(jìn)行反復(fù)維修，但效果不明顯；后采用錨網(wǎng)+U29型可縮性鋼支架聯(lián)合支護(hù)技術(shù)維修，經(jīng)過一段時(shí)間后，巷道圍巖仍無法趨于穩(wěn)定，頂板下沉，出現(xiàn)“網(wǎng)兜”現(xiàn)象，兩幫移近并鼓出，底板底鼓凸起，鋼支架梁、腿出現(xiàn)變形、扭曲、折斷現(xiàn)象，而且，錨桿、錨索時(shí)有被拉斷或剪斷現(xiàn)象發(fā)生，如圖1和圖2所示。

2 巷道圍巖變形力學(xué)機(jī)理及破壞原因分析

2.1 地應(yīng)力

由于三采區(qū)回風(fēng)下山兩側(cè)已采空，位于煤柱中部的三采區(qū)回風(fēng)下山處于垂直方向的應(yīng)力集中區(qū)，作用在巷道圍巖上的垂直應(yīng)力將高于按自重載荷計(jì)算得出的垂直應(yīng)力值。由于泊松效應(yīng)，松軟煤體受垂直應(yīng)力集中作用時(shí)會(huì)產(chǎn)生側(cè)向膨脹，形成較高的局部附加水平應(yīng)力直接作用于巷道頂?shù)装?；另一方面，隨著煤層采出和頂板跨落，原來由煤層及頂板巖層傳遞的水平應(yīng)力向底板巖層中轉(zhuǎn)移，形成水平應(yīng)力集中，水平應(yīng)力集中與局部附加水平應(yīng)力的相疊加，當(dāng)圍巖應(yīng)力大于局部圍巖的塑性極限或強(qiáng)度極限后，導(dǎo)致圍巖進(jìn)入流變狀態(tài)，圍巖的變形加劇、產(chǎn)生破裂、變形、破壞等現(xiàn)象，地層的壓力效應(yīng)將更加明顯。而地層的壓力效應(yīng)指的是地下工程開挖后產(chǎn)生的一種力學(xué)現(xiàn)象，主要由重新分布的圍巖應(yīng)力與圍巖的變形及強(qiáng)度特性相互作用引起的。地層壓力包括松動(dòng)壓力、形變壓力、膨脹壓力等。軟巖巷道在地層壓力下，導(dǎo)致圍巖自身支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞，若支護(hù)不及時(shí)，巷道變形破壞進(jìn)一步加劇，造成圍巖失穩(wěn)，引起底板巖層破壞，導(dǎo)致底臌，如圖3所示。

2.2 巖性

巖性是影響圍巖穩(wěn)定性的基本因素。因巖體礦物成分、巖石結(jié)構(gòu)構(gòu)造的不同，致使不同巖石的物理力學(xué)性質(zhì)差別很大。巖體本身的強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)、膠結(jié)程度及膠結(jié)物的性能，膨脹性礦物的含量等，這均是影響軟巖巷道變形的內(nèi)在因素。三采區(qū)回風(fēng)下山巷道布置在煤5層底板巖層中，從三采區(qū)綜合柱狀圖（如圖4所示）可以看出，巷道頂?shù)装鍑鷰r巖性主要為泥巖、油頁巖、砂巖、砂質(zhì)泥巖，軟泥巖等，普氏系數(shù)f=2～3，不僅強(qiáng)度低、分層厚度小，巷道底板巖石遇水后黏性很強(qiáng)，表明含有膨脹性礦物成份。這些巖石粘結(jié)性極差且松軟、破碎，遇水易膨脹，容易發(fā)生底鼓、兩幫位移、頂板下沉。

2.3 原支護(hù)方式

傳統(tǒng)的支護(hù)技術(shù)只對(duì)巷道頂幫擴(kuò)刷后進(jìn)行了支護(hù)，未對(duì)巷道底板進(jìn)行任何支護(hù)處理，附加水平應(yīng)力與原巖水平應(yīng)力集中相疊加作用到底板巖層上（同樣也會(huì)作用到巷道頂板巖層上）對(duì)其形成擠壓作用，底板處于自由開放狀態(tài)，引起底板巖層的剪切膨脹，導(dǎo)致巷道底臌。同時(shí)，含膨脹性礦物成份的底板巖層受局部段頂?shù)装鍧B水、淋水的侵蝕，產(chǎn)生的膨脹壓力加劇巷道底臌，而底臌對(duì)兩幫的牽動(dòng)效應(yīng)直接加劇兩幫松動(dòng)垮落，兩幫松動(dòng)垮落后對(duì)頂板的支撐作用降低，最終導(dǎo)致巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)的全面失穩(wěn)形成巷道圍巖變形破壞，造成巷道失修，如圖5所示。

由于軟巖的流變性和觸變性，每次維修都是對(duì)圍巖的再次擾動(dòng)，造成圍巖松動(dòng)圈范圍的進(jìn)一步擴(kuò)大和松動(dòng)程度的加劇，客觀上也為水對(duì)更大范圍圍巖的持續(xù)性浸泡創(chuàng)造了條件。使用的U29型可縮性鋼支架支護(hù)技術(shù)，只承載頂幫部壓力，底板處于開放狀態(tài)，底臌的牽動(dòng)效應(yīng)造成兩幫部松動(dòng)位移，支架收縮到一定程度后拒縮而無法適應(yīng)圍巖變形，鋼支架出現(xiàn)扭曲變形、彎曲折斷、卡纜螺栓崩斷，導(dǎo)致支護(hù)失效。

3 參數(shù)確定

3.1 巷道頂部支護(hù)

錨桿規(guī)格：采用φ22讓壓錨桿，錨桿長(zhǎng)度2 400 mm，尾端配套高強(qiáng)度托盤、M22螺母。

錨桿錨固方式：樹脂藥卷加長(zhǎng)錨固，錨桿孔直徑30 mm，錨固長(zhǎng)度950 mm，采用一支為K2 335和一支Z2 360錨固劑端頭錨固，每排拱頂部布置5根。

托板：采用150×150×10 mm高強(qiáng)度托板。

錨桿布置：矩形布置，錨桿間排距均為800 mm。錨桿與巷道輪廓線垂直布置。

金屬網(wǎng)：采用10#鐵絲編織、網(wǎng)孔50×50 mm、菱形金屬網(wǎng)，網(wǎng)片尺寸為900×2 600 mm，用鐵絲雙排扣連接牢固，連接點(diǎn)間距不大于200 mm。

鳥窩錨索：規(guī)格φ17.8×7 300 mm，采用一支K2 335和兩支Z2360樹脂藥卷端頭錨固，錨索間排距為1 200×1 600 mm，外露≤250 mm，錨索必須垂直巷道頂板，錨索錨固力必須達(dá)到200 KN以上，托板為300×300 mm的蝶形托板。

3.2 巷道幫部支護(hù)

錨桿規(guī)格：采用φ22讓壓錨桿，錨桿長(zhǎng)度2 400 mm，尾端配套高強(qiáng)度托盤、M22螺母。

錨固方式：樹脂藥卷加長(zhǎng)錨固，錨桿孔直徑30 mm，錨固長(zhǎng)度950 mm，采用一支為K2335和一支Z2360錨固劑端頭錨固，每排兩幫部各布置3根。

托板：采用150×150×10 mm高強(qiáng)度托板。

錨桿布置：矩形布置，錨桿間排距均為800 mm。錨桿與巷幫垂直布置。

金屬網(wǎng)：采用10#鐵絲編織、網(wǎng)孔50×50 mm、菱形金屬網(wǎng)，網(wǎng)片尺寸為900×2 600 mm，用鐵絲雙排扣連接牢固，連接點(diǎn)間距不大于200 mm。

鳥窩錨索：規(guī)格φ17.8×4 300 mm，采用一支K2 335和兩支Z2 360樹脂藥卷端頭錨固，錨索間排距為1 200×1 600 mm，外露≤250 mm，錨索必須垂直巷道頂板，錨索錨固力必須達(dá)到200 KN以上，托板為300×300 mm的蝶形托板。

4 中空注漿錨索支護(hù)

注漿錨索使用濟(jì)南奧科礦山工程公司生產(chǎn)的新型產(chǎn)品。注漿錨索采用φ22×6 300 mm中空注漿錨索，鋼材為82B型鋼。破斷載荷42 t。錨固長(zhǎng)度1.3 m，間排距為：1 600×

1 600 mm，矩形布置，外露≤250 mm，底角錨索與水平線呈45 ？觷夾角（下俯），錨索距巷道底板100 mm，其余錨索垂直巷道頂幫部，一排鳥窩錨索一排注漿錨索相互交替打設(shè)，如圖6所示。

5 效果分析

通過新柏煤礦三采區(qū)回風(fēng)下山采用中空注漿錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)試驗(yàn)，由現(xiàn)場(chǎng)及礦壓監(jiān)測(cè)分析可知，巷道變形破壞程度大大降低，巷道頂?shù)装逑鲁亮繙p小40%，兩幫位移量減小44%。而且錨桿等支護(hù)體受力良好，未發(fā)現(xiàn)錨桿、錨索斷裂現(xiàn)象。利用中空注漿錨索注漿后，頂板巖塊整體性加強(qiáng)，而且強(qiáng)度得到提高。原錨網(wǎng)索支護(hù)段曾一年需維修2次，而中空注漿錨索支護(hù)段15個(gè)月需維修1次。因此，軟巖巷道利用中空注漿錨索支護(hù)加固圍巖效果明顯。

①原錨網(wǎng)索支護(hù)維修費(fèi)用3 983 元/m，一年需維修兩次，7 966 元/m；采用中空注漿錨索后巷道支護(hù)維修費(fèi)用

5 112 元/m，15個(gè)月需維修一次，故一年可節(jié)省維修費(fèi)用

2 854 元/m；改進(jìn)支護(hù)參數(shù)前巷道失修率為65%，而采用注漿錨索支護(hù)技術(shù)后巷道失修率為15%。

②新柏煤礦隨著開采深度的逐漸延伸，軟巖巷道支護(hù)問題是該礦面臨的一大挑戰(zhàn)，因此，解決軟巖巷道支護(hù)問題尤為重要。

通過中空注漿錨索在三采區(qū)回風(fēng)下山軟巖巷道維修支護(hù)的成功應(yīng)用，將對(duì)該礦軟巖巷道支護(hù)具有指導(dǎo)意義，既節(jié)約支護(hù)成本，減少巷道維修次數(shù)，保證礦井安全生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，具有較高的實(shí)用價(jià)值和推廣應(yīng)用前景。為安新煤田頂?shù)装遘泿r破碎巷道合理優(yōu)化支護(hù)設(shè)計(jì)提供了一定的技術(shù)參數(shù)和理論參考，為安新煤田軟巖破碎巷道圍巖控制提供了借鑒經(jīng)驗(yàn)和參考依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王騰江.復(fù)合頂板錨桿支護(hù)方法研究[J].中州煤炭，2006，（6）.

[2] 楊雙鎖，康立勛.煤礦巷道錨桿支護(hù)研究的總結(jié)與展望[J].太原理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，（4）.

[3] 郭志宏，張樹良.煤巷錨桿支護(hù)理論與技術(shù)的研究[J].建井技術(shù)，1994，（Z1）.

[4] 李士崗，章定強(qiáng).厚煤層礦井煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)探討與實(shí)踐[A].世紀(jì)之交軟巖工程技術(shù)現(xiàn)狀與展望[C].1999.