深孔高強錨注技術在深井巷道修復中的應用

郝笑甜

(重慶工商職業(yè)學院 建筑工程學院，重慶 400052)

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深孔高強錨注技術在深井巷道修復中的應用

郝笑甜

(重慶工商職業(yè)學院 建筑工程學院，重慶 400052)

為研究深孔高強錨注加固技術在深井巷道修復中所發(fā)揮的作用，基于淮南潘一礦東區(qū)11-2采區(qū)軌道上山實際地質條件，輔助電子窺鏡觀測技術對該區(qū)域支護失效及圍巖破壞原因進行分析，提出采用深孔高強注漿錨索進行巷道修復的技術方案。通過采用多點位移計、電子窺鏡等觀測手段進行監(jiān)測，結果表明：深孔高強錨注加固技術能夠有效控制巷道圍巖變形、充填破碎圍巖；采用錨注支護后，巷道頂板及兩肩窩變形量最大約為1～2mm，巷道變形得到了有效控制；深孔高強錨注加固技術對松動范圍和松動程度都比較大的應力集中區(qū)巷道圍巖具有良好的加固修復作用。

高強錨注錨索；巷道修復；高地應力；破碎圍巖；圍巖變形

近年來，錨注加固技術得到了很大發(fā)展，這為解決深井復雜困難條件下的巷道支護問題提供了一條新的技術途徑，也為聯合支護提供了一種新的選擇[1-4]。采用注漿錨桿加固破碎圍巖，使錨桿的支護作用與漿液的固結作用得到有機結合，在對圍巖提供支護阻力的同時，又增加了其黏結力和內摩擦角，使巖體強度顯著提高[4-6]。此外，由于漿液封閉了裂隙，阻止了水對巖體的侵蝕以及空氣對巖石內部的風化作用，有利于巷道圍巖的長期穩(wěn)定，為發(fā)揮巖石自身承載能力抵御高應力的持續(xù)作用創(chuàng)造了條件。深孔高強錨注錨索的加固范圍以及所能提供的支護阻力遠遠超過了國內以往進行錨注加固法時所沿用的普通鋼管注漿錨桿，它的快速發(fā)展使我國錨注加固技術到了深孔高強錨注新階段，錨注加固的效果和適用范圍也因此獲得了質的飛躍，為解決一些過去認為難以解決的巷道支護難題提供了可能[7-9]。然而這種錨注技術的工程實踐及相關研究較少，本文針對此情況，結合現場實踐對其在深井巷道修復中的作用進行研究，通過變形監(jiān)測及鉆孔窺視研究支護前后巷道及圍巖變化，對今后的深孔高強錨注工程具有指導意義。

1　工程概況

潘一礦東區(qū)采掘活動受深井高應力影響比較嚴重，巷道支護普遍困難。實測結果表明，潘一礦東區(qū)水平應力達到20～28.8MPa，垂直應力一般在20MPa以上，巷道開挖后最大擾動偏應力可達60～80MPa[10]，而巖體的單軸抗壓強度多在20MPa以下。圍巖承受的高地應力與其自身低強度之間的突出矛盾導致深部巷道開挖后圍巖由表及里快速劣化，裂隙快速萌生擴展，一定范圍內的圍巖破壞失穩(wěn)進入峰后或殘余強度階段，超出圍巖強度的應力向深部轉移，巷道圍巖因碎脹和擴容產生強烈的大變形而失穩(wěn)破壞。

為研究深孔高強錨注技術在巷道修復中的作用，在潘一礦東區(qū)巷修工程中應用深孔高強錨注錨索進行試驗。試驗巷道選在受高應力影響比較典型的巷修巷道11-2采區(qū)軌道上山中段、下部軌道車場段進行，巷道平面布置如圖1所示。巷道埋深在800m左右，采用架棚加錨索注漿加固的方法。

圖1　巷道平面布置

2　現有支護狀況分析

通過對潘一礦東區(qū)西一11-2采區(qū)軌道上山進行高清數字電子窺鏡觀測，對試驗巷道圍巖破壞范圍及破壞程度進行評價。選取2個鉆孔進行攝像觀測，其中1個鉆孔布置在巷道頂板中央，1個鉆孔布置在巷道肩窩，鉆孔深度約為9m。電子窺鏡觀測結果如圖2所示。

結合電子窺鏡觀測結果來看，潘一礦東區(qū)西一11-2采區(qū)軌道上山圍巖破壞的典型特征是：巷道圍巖本身強度并不低，破壞在很大程度上是由高應力引起的。巷道頂板及肩窩巖體出現張開性離層或破裂面的層位以及發(fā)育形態(tài)與圍巖松動圈理論中關于巷道圍巖松動圈分布形態(tài)和規(guī)律有很大不同。從高清鉆孔窺視儀觀察結果來看，巷道圍巖內部的破碎、離層和裂隙分布特點和發(fā)育程度與層位有特定的關系，在各個觀測孔中均能清晰、明顯地分辨出整體性較好的層位，且出現破碎的層位只與巖性有關。

圖2　錨注加固試驗段圍巖變形

通過對試驗巷道采用水壓致裂法進行地應力測試發(fā)現，試驗巷道垂直孔最大水平主應力值在29.41～31.30MPa之間，最小水平主應力值在18.20～19.60MPa之間；與試驗巷道水平孔垂直平面上，最大主應力值在28.86～30.51MPa之間，最小主應力值在20.50～22.70MPa之間。

西一11-2采區(qū)軌道上山圍巖巖石本身的強度并不低，但受高應力的長期持續(xù)作用，表層比較破碎，頂板巖層多個層位產生離層，另外，肩窩部位圍巖內部的破裂、裂隙等也非常發(fā)育。因此，普通架棚及錨網支護是無法適應此類巷道。同時，由于大量離層、破裂面所形成的自由空間，采用普通錨索補強也很難獲得預期效果。

3　設計方案

根據對11-2采區(qū)軌道上山巷道失穩(wěn)變形破壞特征研究分析，結合相關理論及工程實踐，提出采用中空注漿錨索高強錨注加固補強支護措施。錨注加固支護設計方案如圖3、圖4所示。

圖3　11-2采區(qū)軌道上山錨注段錨索布置參數

圖4　11-2采區(qū)軌道上山錨注段錨索布置俯視

11-2采區(qū)軌道上山支護方案為頂板打設3根中空注漿錨索加強支護，呈放射形布置，錨索型號為φ22mm×9300mm，間距1600mm，排距1800mm，錨索鉆孔直徑φ32mm，打孔深度為9000mm，每孔各放1卷K2350和1卷Z2350錨固劑。

巷道兩幫各打設1根深孔高強錨注錨索，幫錨索型號為φ22mm×6000mm，幫錨索與底板距離1100mm，排距1800mm，錨索鉆孔直徑32mm，打孔深度為5700mm，每孔各放1卷K2350和1卷Z2350錨固劑，錨索設計按垂直巷幫布置?？紤]到兩幫打深孔有一定難度，現場打設鉆孔時，允許與水平呈10°角上揚或10°角下扎。在錨注施工過程中，配合聲波探頭多點位移計觀測、離層儀檢測以及電子窺鏡等儀器的觀測來驗證方案合理性。

中空注漿錨索施工工藝主要分為六大部分：打設鉆孔、錨索安裝與封孔、注漿設備安裝、配料、注漿和設備清洗。與普通錨索相比，中空注漿錨索高強錨注技術中主要有封孔和滯后注漿兩部分不同。鉆孔打好后，進行中空注漿錨索的安裝及封孔

施工，安裝前先安裝止?jié){塞到距錨索端頭約300mm處，封孔后應注意檢查封孔質量。注漿前先采用樹脂進行端錨，千斤頂張拉后通過錨索內芯管道進行反向注漿，通過漿液充填錨索與巖體間隙從而實現全長錨固。注漿時，每排自兩幫最下部的中空注漿錨索開始逐根向上進行。

4　加固效果觀測與分析

4.1變形監(jiān)測

在錨注加固段和未錨注加固段分別安設1組圍巖變形觀測站，采集巷道變形量數據結果，用于對比、驗證錨注支護效果及根據觀測結果及時修改錨注支護參數。每組綜合觀測站分別安裝3套聲波探頭多點位移計，用于采集頂板下沉量及兩幫位移量。多點位移計安裝如圖5所示，監(jiān)測數據如圖6所示。

圖5　多點位移計布置

圖6　錨注加固前后變形對比

由圖6(a)～(b)可以看出，原支護方案頂板最大下沉量達到110mm，主要離層部位處于3.5m處和5.5m處，而且巷道仍未穩(wěn)定，仍在繼續(xù)破壞，平均每天下沉量達5mm。經過錨注支護后，錨注范圍內圍巖幾乎不再變形，變形范圍不到1mm，圍巖達到穩(wěn)定狀態(tài)。由圖6(c)～(d)可以看出，原支護方案右?guī)妥畲笪灰屏窟_到123mm，主要離層部位處于1.5m處、3m處和5.5m處，而且巷道仍未穩(wěn)定，仍在繼續(xù)破壞，平均每天位移量6.1mm。錨注加固段右?guī)蛧鷰r變形較小，不超過1mm。由圖6(e)～(f)可以看出，原支護方案中，由于未進行錨注支護，左幫圍巖偏移量最大達到55mm，主要離層部位處于3.5m處和6.5m處，而且巷道仍未穩(wěn)定，仍在繼續(xù)破壞，平均每天位移量2.7mm。經過錨注支護，圍巖變形量明顯降低。

綜上所述可以看出，采用深孔高強錨注支護后，巷道頂板及兩肩窩變形量最大約為1～2mm，巷道基本未發(fā)生變形，深孔高強錨注技術取得了很好的支護效果。

4.2鉆孔窺視

試驗巷道錨注支護前后巷道觀測結果見圖7。

由圖7可以看出，通過錨注支護，可以有效充填裂隙，將破碎圍巖膠結成一個整體，并提高圍巖自身穩(wěn)定性，錨注支護取得了很好的支護效果。

圖7　深孔高強錨注支護前后巷道圍巖變形

4.3效果分析

與傳統(tǒng)樹脂端錨錨索相比，中空注漿錨索高強錨索技術具有顯著的優(yōu)越性，這是由其結構特點及力學特性決定的。首先，錨索索體前端采用樹脂藥卷進行錨固，尾部則使用特別定制的高強防滑鎖具進行固定，初期固定后采用高壓注漿實現全長錨固。這種結構具有更為良好的力學性能，可積極調動圍巖的自承載能力，從而更能顯著提高錨索及圍巖錨固體的整體剛度及抗剪切能力。其次，中空注漿錨索采用籠型中空結構，索體中帶有注漿芯管。在注漿施工時采用反向注漿模式進行高壓注漿，這種注漿方式一方面可以使?jié){液充分充填注漿芯管、鉆孔及圍巖裂隙，減少漿液中氣泡的產生，另一方面不必使用排氣管和注漿管專用接頭，從而極大地簡化了施工步驟，縮短了施工時間。

5　結　論

對于巷道維修，中空注漿錨索高強錨索技術在潘一礦東區(qū)產生良好支護效果，其主要成果有：

(1)潘一礦東區(qū)11-2采區(qū)軌道上山巷道在高應力的持續(xù)作用下，破碎嚴重且裂隙非常發(fā)育，已無法滿足巷道使用要求，采用深孔高強錨注錨索進行深孔注漿，大大加強了支護強度。

(2)在未進行錨注支護的情況下，巷道頂板、左幫、右?guī)妥冃瘟糠謩e達到110mm，55mm，123mm。進行錨注支護后，11-2采區(qū)軌道上山圍巖變形量均不超過3mm。采用鉆孔窺鏡觀察發(fā)現通過錨注支護，可以有效充填裂隙，說明深孔高強錨注支護對于治理11-2采區(qū)軌道上山深井高應力巷道起到了顯著的效果。

(3)深孔高強錨注支護對松動范圍和松動程度都比較大的應力集中區(qū)巷道圍巖進行錨注加固具有很好的效果。

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[責任編輯：林健]

Application of Deeply Hole High Strength Bolt-grouting Technique on Roadway Repairing in Deep

HAO Xiao-tian

(Civil Engineering and Architecture College，Chongqing Technology & Business Institute，Chongqing 400052，China)

In order to study the mechanism of deeply hole high strength bolt-grouting reinforcement technique to roadway repair in deep，base on the practical geological situation of track roadway of 11-2 mining area in eastern part of Panyi coal mine of Huainan，and supporting invalid reasons and surrounding rock broken reasons were analyzed by electronic introscope ，and roadway repair scheme with deeply hole high strength grouting cable was put forward.Then monitored with multi-point extensometer and electronic introscope ，the results showed that surrounding rock deformation could be controlled effectively，the broken surrounding rock could be filled effectively also，the maximal deformation of roof and side to side were about 1～2mm，roadway deformation was controlled effectively，the reinforcement technique has favorable effect for roadway surrounding rock in stress concentration area with large loose scope and degree.

high strength bolt-grouting cable；roadway repair；high in-situ stress；broken surrounding rock；surrounding rock deformation

2016-04-15

河北省教育廳基金(Z995048)

郝笑甜(1988-)，女，遼寧沈陽人，教師，研究方向為防災減災及防護工程。

TD353

A

1006-6225(2016)05-0044-04

[DOI]10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2016.05.013

[引用格式]郝笑甜.深孔高強錨注技術在深井巷道修復中的應用[J].煤礦開采，2016，21(5)：44-47.