六家煤礦北翼運輸大巷圍巖注漿加固及底板組合錨索

張杰ZHANG Jie

（內(nèi)蒙古平莊煤業(yè)（集團）有限責任公司六家煤礦，赤峰 024076）

（Inner Mongolia Pingzhuang Coal Industry（Group）Co.，Ltd.Liujia Coal Mine，Chifeng 024076，China）

1 北翼運輸大巷地質(zhì)概況

平莊煤業(yè)集團六家煤礦北翼運輸大巷位于煤層底板的巖層中，與6-10 煤層之間相距30～35m，巖性屬于灰黑色泥巖，泥巖厚度為16m，其特點主要表現(xiàn)為：層節(jié)理發(fā)育，小塊狀結構。

2 北翼運輸大巷圍巖破壞原因

根據(jù)井下實地考察情況結合地質(zhì)資料分析，北翼運輸大巷屬高應力軟巖巷道的范疇。北翼運輸大巷所處巖層的巖性以灰黑色泥巖為主，泥巖厚度16m，層理和節(jié)理發(fā)育，受巖層縱橫交錯節(jié)理或裂隙的切割，巖層呈小塊狀結構，極為松軟破碎。原巖的應力平衡狀態(tài)在大巷開挖后遭到不同程度的破壞，在應力的作用下使得圍巖巷道空間收斂變形，進而形成大范圍的圍巖松動圈。

對于灰黑色泥巖來說，其原始強度比較低，通過綜合分析北翼運輸大巷圍巖巖性特征及其變形特點，本文認為：此類高應力工程軟巖的變形對于任何形式的被動支護體系或讓壓支護體系來說，根本不可能控制。在這種情況下，只能采取適當?shù)拇胧┗謴秃吞岣邍鷰r的自撐能力，同時提高圍巖的承載能力，使得抵御深部圍巖的變形壓力在一定程度上大大增強，進一步有效控制此類軟巖巷道的變形。對于錨噴支護，以及傳統(tǒng)的支護形式來說，早已無法控制其變形，深部圍巖傳遞的壓力難以有效的抵抗，并且產(chǎn)生更大的圍巖松動圈。通過注漿加固補強與錨索支護的復合支護體系，進一步對此類軟巖變形破壞巷道進行最有效的治理。在解決極松軟破碎巖層巷道或硐室支護方面，化學注漿加固技術結合強力錨索支護技術發(fā)揮著重要的作用。

3 北翼運輸大巷加固總體方案

作為一種新型的加固支護技術，注漿與錨索聯(lián)合加固支護技術是將現(xiàn)代注漿加固技術、柔性錨索加固技術，以及傳統(tǒng)的錨噴支護技術進行綜合，融合了各種技術的優(yōu)勢，主要表現(xiàn)為：①注漿與錨索聯(lián)合加固支護技術與傳統(tǒng)錨噴支護技術相比，注入的漿液能夠?qū)r石的力學性質(zhì)在一定程度上進行改善；在巖石塊之間的孔隙中，通過充填漿液，破碎巖石塊能夠膠結成一體，使得巖體的整體強度進一步提高，同時能夠增強巖體的穩(wěn)定性。②對于錨注聯(lián)合加固支護體系來說，由于漿液能夠與巖體、錨桿進行接觸，同時能夠完全充填桿體內(nèi)、桿體與鉆孔間隙，進而在一定程度上保證了錨桿受力傳遞的可靠性和連續(xù)性。③經(jīng)過注漿處理后，桿體中斷了與地下水、空氣間的聯(lián)系，銹蝕反應得到進一步遏制，使得錨桿的錨固能力持續(xù)時間更長，在一定程度上確保了支護體系的長期性、穩(wěn)定性。

4 化學注漿加固技術

所謂煤巖體化學注漿加固就是借助化學漿液對圍巖（煤層）的裂隙面進行充填和固結，進而在一定程度上提高圍巖的整體強度，同時煤巖體自身的承載能力也大大的提升，進一步確保了圍巖的穩(wěn)定性。受注漿壓力的影響和制約，進一步將漿液擠壓、滲透到圍巖之間的裂隙中，在一定時間內(nèi)進一步凝結和固化破碎的巖石，在松軟破碎的圍巖內(nèi)形成網(wǎng)狀骨架結構。與松軟圍巖體本身的強度相比，由于化學注漿固結體的強度比較高，經(jīng)過注漿處理后，在抗壓強度方面，與圍巖的抗壓強度相比，在圍巖裂隙內(nèi)形成的骨架的抗壓強度比較大，并且注漿具有較強的韌性、粘結性，固結體在巷道圍應力的作用下，雖然會隨圍巖發(fā)生相應的變形，但是不會遭到破壞，進而與圍巖共同承擔深部圍巖應力的載荷。

4.1 注漿材料 按照材料化學成份的不同，可以將注漿加固材料分為兩種，分別為無機材料和有機材料。其中，無機材料主要是水泥類漿液，而對于有機材料注漿漿液來說，品種相對比較多。在有機材料注漿漿液中，應用范圍比較廣，并且效果比較好的屬于波雷因漿液。

4.2 化學注漿加固設備 采用QB——12 型氣動高壓雙液化學注漿泵對化學注漿進行處理，與注漿設備配套的進風管路為Φ25mm 高壓風管20m，出漿管為若干根規(guī)格為Φ10mm，長度分別10m、5m、2m，總長為40m。

5 底板組合錨索支護技術

對于底板錨索，通常情況下，選用3 根直徑為17.8mm鋼絞線作為大錨索，單根錨索的強度級別、破壞負荷分別為1860MPa、350.0kN。那么3 根錨索的破壞荷載合計為1050.0kN。錨索錨固范圍內(nèi)的所有巖石在注漿的作用下被膠結加固成一個整體加固拱，進而在一定承擔上最大限度地發(fā)揮圍巖的自承能力，同時對巷道變形進行了遏制。

6 設計巷道注漿參數(shù)

6.1 布置注漿孔 在對注漿孔進行設計的過程中，對于化學漿注漿孔來說，通常情況下，其布置參數(shù)為：排距、孔距、孔深分別為2.5m、1.5m、2.5m；對于水泥漿注漿孔來說，可以分為淺孔與深孔，其布置參數(shù)分別為：排距、孔距、淺孔孔深（深孔孔深）分別為2.5m、1.5m、2.5m（7m）。

6.2 注漿量 巖石性質(zhì)、破壞狀態(tài)、注漿壓力、漿液性質(zhì)及粘度等因素對漿液的滲透半徑產(chǎn)生不同程度的影響，其變化范圍比較大。

式中：γ 為水的容重，g 為重力加速度，s 為漿液剪切強度，h 為注漿壓力，a 為巖層的間隙等值半徑，β 為時間系數(shù)。

在施工過程中，通過對漿液的滲透性、注漿終壓等進行調(diào)整，在一定程度上確保實際擴散半徑不小于孔間距的0.65～0.75 倍，同時確保注漿孔的滲透范圍存在一定的交叉。

6.3 水泥漿注漿量 在實際注漿過程中，根據(jù)前每個注漿孔的注漿量，可采用神經(jīng)網(wǎng)絡技術結合專用程序軟件對后期單孔注漿量進行預測。

7 底板預應力組合錨索施工方案

7.1 施工設備 在錨固施工過程中，通常情況下，底板打眼采用風動潛孔錘鉆機。注漿設備選擇QB——12 氣動注漿泵。

7.2 底板組合錨索規(guī)格及鉆孔參數(shù) ①底板錨索規(guī)格：錨索選用3 根直徑為Φ17.8mm、長度為15.5m 的鋼絞線作為一束大錨索，頭部3000mm 段編制成串珠狀，以利固結增強錨索拉力。②鉆孔參數(shù)：錨索鉆孔孔徑為Φ90mm；底板破碎時開孔孔徑為Φ130mm，下Φ127mm 孔口管，孔口管長度1.5m，然后用直徑Φ90mm 鉆頭打到終孔深度，孔深為15.0m。中間孔為垂直孔，兩邊孔外擺15°。③錨索布置：采用排式布置方式，錨索排距3m，間距1.5m，采用五花眼布置，配用400×400×16mm 和200×200×12mm 鋼托盤各一塊。采用錨索張拉器張緊至單根鋼絞線80kN。

7.3 錨索布置 采用排式布置，排距3m，間距1.5m。

8 井下主要觀測參數(shù)與儀器

在觀測井下支護質(zhì)量的過程中，其中涉及到的主要參數(shù)包括：圍巖表面位移、圍巖深部位移、錨索錨固力等。采用錨索測力計觀測錨索錨固力，采用斷面收斂儀觀測巷道表面位移，采用頂板測深儀和六點位移計觀測巷道圍巖深部位移。

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