深井軟巖巷道全錨技術(shù)研究與應(yīng)用

沈曰勇 王傳振

摘 要 目前協(xié)莊煤礦已延深至-1100m水平，最大開采深度已達(dá)1300m，因開挖深度深，產(chǎn)生深部高應(yīng)力、復(fù)合頂板的煤巷，現(xiàn)場不同程度出現(xiàn)斷錨桿、撕裂鋼帶、頂板下沉網(wǎng)兜甚至是冒頂?shù)戎T多影響安全性、經(jīng)濟(jì)效益的現(xiàn)象，常規(guī)的支護(hù)形式已難以有效地維護(hù)圍巖端頭錨固時，將導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)失效。本文主要論述了，全長錨固從增大錨桿與錨孔之間的摩擦力，支護(hù)剛度加大，等有利方面阻止巖層發(fā)生滑動，保證支護(hù)效果。

關(guān)鍵詞 深部巷道；中、慢速樹脂錨固劑；水泥砂漿；全長錨固

前言

新汶礦業(yè)集團(tuán)協(xié)莊煤礦深部軟巖巷道變形特征日益明顯，主要集中在以下幾方面：

（1）深部應(yīng)力變化顯著。采場向深部轉(zhuǎn)移，隨著埋深的增加，深部地應(yīng)力越來越大。淺部最大水平主應(yīng)力16.07MPa，垂直應(yīng)力3.5 MPa。而深部最大水平主應(yīng)力為39.77MPa，垂直應(yīng)力達(dá)30.48 MPa。

（2）構(gòu)造影響加劇。在深部構(gòu)造應(yīng)力作用下圍巖整體性變差，造成頂板下沉、底板鼓起、兩幫顯著移近。

（3）工作面采動影響范圍加大。

（4）支護(hù)失效現(xiàn)象突出。深部巷道大都采用端頭錨固形式。一是導(dǎo)致桿體受到剪切破壞；二是導(dǎo)致整個錨桿支護(hù)失效。

1 全長錨固技術(shù)研究

全錨支護(hù)能夠增強(qiáng)圍巖穩(wěn)定性，但目前未得到大范圍推廣，主要有兩方面制約因素：

（1）全部采用樹脂錨固劑，由于錨桿快速旋進(jìn)的過程中將要產(chǎn)生大量熱量，錨固劑溫度將會迅速升高，加快了錨固劑的凝結(jié)時間，從而在錨桿還沒有完全投入的情況下，錨固劑已經(jīng)凝結(jié)，因而難以實(shí)現(xiàn)全長錨固。

（2）全部使用水泥錨固劑，由于水泥錨固劑凝結(jié)時間較長，安裝后不能立即施加預(yù)緊力，起不到及時強(qiáng)化圍巖的作用。

1.1 全錨理論研究

端錨支護(hù)時，桿體各部位的應(yīng)力和應(yīng)變相等。在錨固范圍內(nèi)，任何部位巖層的離層都均勻地分散到整個桿體的長度上。然而，全長錨固時桿體與鉆孔孔壁黏結(jié)在一起，使錨桿隨著巖層移動承受拉力；應(yīng)力、應(yīng)變沿錨桿長度方向分布不均勻，桿體受力對圍巖變形和離層很敏感，當(dāng)巖層發(fā)生錯動時，與桿體共同起抗剪作用，阻止巖層發(fā)生滑動，全錨支護(hù)共同作用于整個巖體，支護(hù)效果能實(shí)現(xiàn)質(zhì)的提升。當(dāng)圍巖發(fā)生離層時，靠摩擦力錨桿能夠快速增阻，有效地結(jié)合了圍巖自身的強(qiáng)度，提高了錨桿的錨固效果，增強(qiáng)了圍巖的穩(wěn)定性，具有良好的錨固效應(yīng)。同時配合使用注漿錨索施工工藝，通過注漿錨索漿液在高壓作用下，向鉆孔周圍巖體內(nèi)的裂隙和空隙中擴(kuò)散，對巖體產(chǎn)生注漿加固作用，構(gòu)建均質(zhì)支護(hù)體，可減小巷道周圍的破碎區(qū)、塑性區(qū)范圍和巷道表面位移，控制圍巖破碎區(qū)、塑性區(qū)的發(fā)展，從而有利于巷道圍巖的穩(wěn)定。

1.2 全長錨固支護(hù)實(shí)施

在錨固端頭應(yīng)用中、慢速樹脂錨固劑，充分發(fā)揮樹脂錨固劑 “固化時間快、強(qiáng)度增長快、強(qiáng)度高 ”的特性；在錨固拉伸段應(yīng)用快硬砂漿水泥錨固劑，能夠?qū)崿F(xiàn)快速全錨。

該錨固方式采用“兩塊樹脂錨固劑+水泥砂漿錨固劑+半塊樹脂錨固劑”的裝配方式，在錨固端頭應(yīng)用中、慢速樹脂錨固劑，能夠起到快速安裝和快速凝固的效果，在中間應(yīng)用水泥砂漿錨固劑，易于實(shí)現(xiàn)全錨，最后采用樹脂錨固劑以起到封孔、限位作用。

采用中、慢速樹脂錨固劑配砂漿快硬錨固劑的全長錨固方式較單純的樹脂錨固劑加長錨方式無論在全巖抑或是半煤巖巷道中均體現(xiàn)出錨固性能優(yōu)勢，全長錨固明顯降低了巷道表面位移量及位移速度，采用快硬高強(qiáng)水泥砂漿錨固劑，在錨桿安裝過程中加速了水泥砂漿錨固劑的水析，減少了錨桿安裝阻力，實(shí)現(xiàn)了全長錨固。

2 全長錨固工業(yè)試驗(yàn)

2.1 全錨支護(hù)具體實(shí)施步驟

（1）快硬高強(qiáng)水泥砂漿藥卷浸水

快硬高強(qiáng)水泥砂漿藥卷浸水前，對每個快硬高強(qiáng)水泥砂漿藥卷都要進(jìn)行檢查。質(zhì)量合格的快硬高強(qiáng)水泥砂漿藥卷質(zhì)地松軟。要嚴(yán)格控制浸水時間或用肉眼觀察水中氣泡情況決定，當(dāng)水中不冒泡浸泡40s左右，便可從水中取出水泥藥卷晾干。

（2）裝快硬高強(qiáng)水泥砂漿藥卷前檢查眼孔是否合格。錨桿眼檢查合格后，將樹脂錨固劑和浸過水的快硬高強(qiáng)水泥砂漿藥卷分別送到相應(yīng)位置，每放一塊錨固劑，均要用炮桿將眼中藥卷倒實(shí)。

（3）用風(fēng)動錨頭連接錨桿安裝器使桿體推進(jìn)，攪拌底部樹脂錨固劑時，旋轉(zhuǎn)時間不少于40s。

2.2 礦壓觀測

（1）觀測目的和任務(wù)

為配合快硬高強(qiáng)水泥砂漿藥卷的試驗(yàn)應(yīng)用，分析圍巖變形破壞機(jī)理，決定在試驗(yàn)地點(diǎn)進(jìn)行快硬高強(qiáng)水泥砂漿藥卷與樹脂藥卷對比礦壓觀測，觀測項(xiàng)目為巷道表面位移觀測。

（2）觀測項(xiàng)目及方法

表面位移的觀測：在樹脂藥卷試驗(yàn)段及樹脂錨固劑配快硬高強(qiáng)水泥砂漿藥卷段均采用“十字布點(diǎn)法”，分別在巷道頂、幫同一斷面打設(shè)一組深400～500mm、直徑32mm的鉆孔，并在孔中安設(shè)木塞，以木塞上鐵釘作為測量的觀測基準(zhǔn)點(diǎn)，對應(yīng)1#、2#測站。

（3）觀測數(shù)據(jù)整理

1#、2#測站巷道表面位移觀測數(shù)據(jù)如下所示：

1#測站73天，得到34組數(shù)據(jù)，兩幫及頂?shù)装宓奈灰屏糠謩e為68mm、162mm。上幫OB變化量為35mm，下幫OA為33mm，頂板下沉31mm，底鼓131mm。兩幫變化速度為0.93mm/天，頂?shù)鬃兓俣葹?.22mm/天。其中14天中，兩幫移近51mm，上幫OB變化26mm，下幫變化25mm，兩幫移近速度為3.64mm/天，上幫移近速度為1.86mm/天，下幫移近速度為1.79mm/天。

2#測站17天共收集到30組數(shù)據(jù)，兩幫及頂?shù)装宓奈灰屏糠謩e為46mm、78mm。上幫OB變化量為26mm，下幫OA變化量為20mm。巷道頂板下沉26mm、底鼓52mm。頂?shù)装遄兓數(shù)装逡平?9mm，頂板下沉9mm，底板變化20mm。

由以上數(shù)據(jù)可知，1#觀測站在兩幫及頂?shù)装宓奈灰屏浚?8mm、162mm）較2#觀測站（46mm、78mm）變化明顯， 2#測站變化量及變化速度均小于1#測站。因此采用快硬高強(qiáng)水泥砂漿錨固劑與樹脂錨固劑配合的全錨支護(hù)技術(shù)在圍巖控制方面效果顯著。

3 結(jié)束語

（1）全長錨固桿體能夠依靠與圍巖的摩擦力快速增阻，全錨有效地結(jié)合了圍巖自身的強(qiáng)度，使得錨桿與圍巖的耦合更加合理有效，提高了錨桿的錨固效果，增強(qiáng)了圍巖的穩(wěn)定性，具有良好的錨固效應(yīng)。

（2）采用巷道全錨技術(shù)增強(qiáng)了巖面間的抗剪能力，減少巖層間的錯動，提高頂板穩(wěn)定性，能有效減少漿皮開裂、巷道底鼓等現(xiàn)象，取得了較好的技術(shù)、安全經(jīng)濟(jì)效益，保證了礦井服務(wù)年限。

作者簡介

沈曰勇（1973-），男，山東省泰安市人；職稱：助理工程師，現(xiàn)就職單位：山東能源新汶礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，研究方向：礦井采掘生產(chǎn)技術(shù)管理。