管式錨桿注漿技術(shù)在軟巖巷道中的應(yīng)用

郭 靖

（大同煤礦集團(tuán)雁崖煤業(yè)公司，山西 大同 037001）

1 概況

大同煤礦集團(tuán)雁崖煤業(yè)公司2310巷位于三盤區(qū)西翼，巷道東西走向布置。巷道東部為西翼盤區(qū)回風(fēng)巷、皮帶巷、輔運(yùn)巷，南、西部為實(shí)煤區(qū)，北部為8309工作面采空區(qū)，與8309采空區(qū)預(yù)留煤柱寬度為6.0m。

2310巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)度1100m，巷道斷面規(guī)格寬×高=5.0×3.5m，巷道掘進(jìn)煤層為二疊紀(jì)下統(tǒng)山西組4#煤層，平均厚度3.5m，沿煤層底板平行掘進(jìn)。4#煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜不穩(wěn)定，呈破碎狀。掘進(jìn)巷道無(wú)偽頂，直接頂主要以黑色泥巖為主，平均厚度為1.5m，基本頂主要以泥巖及粉砂巖混合巖層為主，平均厚度為8.7m。其中直接頂0.9m處含有一層煤層，厚度為0.3m。施工巷道直接頂及基本頂巖體平均單軸抗壓強(qiáng)度27.8MPa，頂板易破碎。2310巷前180m采用爆破施工工藝，巷道已爆破掘進(jìn)45m。

2310巷初步支護(hù)設(shè)計(jì)中頂板錨桿、錨索、W型鋼帶進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)，破碎頂板采用錨索吊棚及架設(shè)工字鋼棚進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。巷道掘進(jìn)至38m處局部頂板出現(xiàn)破碎現(xiàn)象，采空側(cè)巷幫片幫嚴(yán)重，頂板下沉量加大。當(dāng)巷道掘進(jìn)至42m處時(shí)頂板出現(xiàn)第一次冒落現(xiàn)象，冒落深度為0.6m，頂板出現(xiàn)多條裂隙，頂板錨桿、錨索永久支護(hù)失效現(xiàn)象嚴(yán)重，失效率達(dá)32%。采用工字鋼棚進(jìn)行加固支護(hù)后，鋼棚變形嚴(yán)重，對(duì)頂板下沉、變形控制效果差，而且加大了支護(hù)難度，增加支護(hù)成本費(fèi)用。

2 2310巷頂板破碎原因

（1）軟巖頂板影響。2310巷直接頂主要以灰黑色炭質(zhì)泥巖為主，單軸抗壓強(qiáng)度22MPa，易破碎，巷道掘進(jìn)后軟巖頂板承載能力低，在外力作用下，頂板無(wú)法起到連續(xù)承載梁作用，造成頂板局部破碎。

（2）支護(hù)質(zhì)量差。2310巷頂板出現(xiàn)破碎后形成圍巖松動(dòng)圈，且向深處延伸，原支護(hù)設(shè)計(jì)中頂板錨桿長(zhǎng)度為2.5m，錨桿錨固端位于松動(dòng)圈內(nèi)，錨固端與松動(dòng)巖體無(wú)法產(chǎn)生穩(wěn)定的膠結(jié)作用，導(dǎo)致錨桿錨固效果差，錨桿對(duì)頂板巖體未能起到懸吊加固作用。

（3）鄰近采空區(qū)影響。2310巷與8309采空區(qū)之間的保安煤柱寬度為6.0m，受采空區(qū)殘余應(yīng)力影響，保安煤柱破壞嚴(yán)重，煤柱對(duì)頂板支撐作用降低，造成2310巷位于保安煤柱側(cè)頂板下沉，導(dǎo)致頂板斷裂現(xiàn)象，且形成卸壓區(qū)，并使卸壓區(qū)附近巖體破碎。

（4）地質(zhì)構(gòu)造影響。2310巷掘進(jìn)至54m處揭露一條正斷層F2，斷層落差為1.4m，傾角為47°。受F2斷層影響，煤巖體完整性遭到破壞，斷層面附近煤巖體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，在回采過(guò)程中斷層面附近煤巖體容易出現(xiàn)剝離破壞，從而導(dǎo)致巖體出現(xiàn)破碎現(xiàn)象。

（5）巖體膨脹影響。2310巷基本頂主要以含蒙脫石、伊利石極高的粘土頁(yè)巖為主，該巖體吸水性強(qiáng)，膨脹系數(shù)大。受頂板含水層、鉆孔施工水等影響，基本頂遇水后發(fā)生膨脹現(xiàn)象，膨脹率達(dá)1倍以上，導(dǎo)致頂板破碎。

3 管式錨桿注漿技術(shù)

3.1 管式錨桿注漿技術(shù)原理

管式錨桿注漿技術(shù)主要利用特制錨桿兼做注漿管，對(duì)破碎巖體不僅實(shí)現(xiàn)了錨桿懸吊、組合梁作用，而且通過(guò)注漿對(duì)錨固端巖體裂隙帶進(jìn)行填充，提高破碎巖體膠結(jié)穩(wěn)定性，保證錨桿支護(hù)效果，避免傳統(tǒng)錨桿與注漿分步施工時(shí)對(duì)頂板產(chǎn)生擾動(dòng)破壞，縮短頂板支護(hù)時(shí)間，降低了支護(hù)成本費(fèi)用。

3.2 管式錨桿注漿施工工藝

（1）注漿錨桿結(jié)構(gòu)。注漿錨桿采用長(zhǎng)度為3.2m、直徑為25mm中空鋼管，桿體中部圓孔直徑為12mm。在注漿錨桿兩側(cè)各均勻布置5個(gè)直徑為5mm出漿孔，孔間距為0.5m，在桿體外露端安裝一個(gè)長(zhǎng)度為300mm外絲尾套。如圖1所示。

（2）注漿材料。為了縮短注漿材料凝固時(shí)間，提高裂隙巖體粘接、填充效果，注漿料決定采用聚氨酯樹(shù)脂粘合劑。該化學(xué)材料具有填充粘接效果好、滲透能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

（3）注漿設(shè)備。采用TBW—50/25型高壓注漿泵進(jìn)行注漿施工。注漿泵配套高壓膠管、截止閥等。

（4）施工工序：① 采用MT-130型錨索鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔施工，鉆孔深度為2.8m，鉆孔直徑為30mm，每排施工5個(gè)鉆孔，鉆孔間距為1.1m，排距為1.3m；② 鉆孔施工完后對(duì)鉆孔內(nèi)依次填裝錨固劑及管式錨桿，錨桿錨固后外露長(zhǎng)度控制在0.25m左右；③ 管式錨桿安裝后將注漿管一端與錨桿外絲尾套連接，另一端與注漿泵連接，然后開(kāi)啟注漿泵進(jìn)行注漿施工，注漿壓力控制在0.5～1.2MPa范圍內(nèi)；④ 注漿完成后對(duì)管式錨桿端部采用封孔器進(jìn)行封堵，然后在錨桿外露端安裝一根“JW”型鋼帶。

圖1 管式錨桿注漿支護(hù)剖面示意圖

3.3 應(yīng)用效果分析

2310巷掘進(jìn)45m處時(shí)對(duì)破碎頂板采取了管式錨桿注漿技術(shù)。巷道掘進(jìn)245m時(shí)，通過(guò)對(duì)已掘巷道頂板觀察發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)錨桿支護(hù)相比，管式錨桿注漿技術(shù)提高了頂板穩(wěn)定性，控制了頂板離層現(xiàn)象。頂板下沉量由原來(lái)的0.41m降低至0.14m以下，未發(fā)生頂板冒落現(xiàn)象，錨桿失效率降低至3%以下。同時(shí)，采用管式錨桿后減少了頂板錨桿支護(hù)數(shù)量，平均每米可降低支護(hù)成本費(fèi)用320元，單米支護(hù)時(shí)間可縮短1.3h。

4 結(jié)論

（1）管式錨桿注漿技術(shù)可利用支護(hù)鉆孔兼做注漿鉆孔，將注漿液高壓注入鉆孔附近裂隙內(nèi)，可擴(kuò)散0.5～1.0m，有效將松散巖體膠結(jié)為整體，提高了巖體內(nèi)摩擦力及承載能力，充分發(fā)揮了巖體自身支護(hù)作用。

（2）通過(guò)注漿施工將漿液介質(zhì)深入到破碎巖體內(nèi)部，使巖體裂隙內(nèi)水、空氣等物質(zhì)與化學(xué)材料充分反應(yīng)成聚氨酯凝固化合物，改變了圍巖化學(xué)成分及物理特性，圍巖單軸抗壓強(qiáng)度可提高至54MPa，有效防止圍巖吸水膨脹及風(fēng)化作用。

（3）管式錨桿注漿技術(shù)將注漿與錨固同步進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)了錨桿全長(zhǎng)錨固，使支護(hù)體與圍巖完全膠結(jié)形成整體，提高了錨桿抗滑效果，防止支護(hù)體失效。