全長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力中空注漿錨索在過(guò)斷層巷道中的應(yīng)用

王錄

（山西霍州煤電回坡底煤礦 山西霍州031400）

錨索具有預(yù)應(yīng)力大、強(qiáng)度高、錨固范圍大等特點(diǎn)，是特殊條件下加強(qiáng)巷道支護(hù)的重要手段，在深井巷道、軟巖巷道中被大量采用。根據(jù)錨固形式和錨固材料的不同，現(xiàn)有錨索主要分為樹(shù)脂端錨錨索和注漿錨索兩種，目前國(guó)內(nèi)普遍使用樹(shù)脂端錨錨索進(jìn)行有效支護(hù)，隨著礦井開(kāi)采對(duì)安全越來(lái)越重視，注漿錨索的使用逐漸成為趨勢(shì)。

××礦井為全井田帶壓開(kāi)采，礦井地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜程度為中等類型。根據(jù)物探等現(xiàn)有技術(shù)勘探結(jié)果，目前井田范圍共發(fā)現(xiàn)斷層262條，其中落差50 m～100 m的斷層5條，20 m～50 m之間斷層14條，5 m～20 m之間斷層45條，小于5 m斷層198條。受地質(zhì)構(gòu)造影響巷道在前期掘進(jìn)施工及后期工作面回采期間變形量較大，個(gè)別錨索甚至破斷失效，針對(duì)上述問(wèn)題，××礦引入中空注漿錨索應(yīng)用研究。

1 工作面概況

××礦2-618工作面煤層平均厚度3.3 m，傾角5°，設(shè)計(jì)切巷長(zhǎng)度230 m，順槽長(zhǎng)度812 m。2-6181巷掘進(jìn)施工中揭露斷層F11 H=13 m∠30°，影響長(zhǎng)度約35 m。

圖1工作面布置圖

根據(jù)2013年在2-6091系統(tǒng)巷設(shè)立的測(cè)站圍巖地質(zhì)力學(xué)測(cè)試顯示，測(cè)站最大水平主應(yīng)力為20.91 MPa，最小水平主應(yīng)力為11.44 MPa，垂直應(yīng)力為12.44 MPa。最大水平主應(yīng)力方向?yàn)镹19°W。

根據(jù)巷道巖性觀測(cè)，頂板以上7 m范圍內(nèi)巖層依次為砂質(zhì)泥巖、砂巖、砂質(zhì)泥巖和砂巖。其中砂質(zhì)泥巖巖層強(qiáng)度約為44.7 MPa和46.7 MPa；砂巖巖層強(qiáng)度約為82.6 MPa和70.3 MPa。

2 全長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力中空注漿錨索作用原理

預(yù)應(yīng)力錨索全長(zhǎng)錨固技術(shù)是在原中空錨注技術(shù)基礎(chǔ)上對(duì)中空注漿錨索、注漿材料和注漿設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)而形成的新型巷道支護(hù)技術(shù)。它使用大孔徑注漿芯管的注漿錨索、專用無(wú)機(jī)注漿錨固料和高壓注漿設(shè)備。錨索先在迎頭進(jìn)行樹(shù)脂端錨，不用封孔，張拉預(yù)緊施加預(yù)應(yīng)力，立即起到支護(hù)作用，在滯后迎頭向錨索的中空結(jié)構(gòu)注入無(wú)機(jī)錨固材料，當(dāng)孔口流出無(wú)機(jī)錨固劑時(shí)停止注漿實(shí)現(xiàn)錨索的全長(zhǎng)錨固，從而改變了錨索的受力狀態(tài)，提高了錨索對(duì)圍巖的支護(hù)效果。

3 支護(hù)方案及施工技術(shù)

3.1 支護(hù)設(shè)計(jì)

如圖2，工作面呈矩形布置，支護(hù)方式為“錨網(wǎng)+錨索”聯(lián)合支護(hù)。錨桿規(guī)格：巷道頂幫部錨桿選用?20×2 500 mm高強(qiáng)螺紋鋼錨桿，頂錨桿采用Z2388、CK2340型錨固劑各一條進(jìn)行錨注，呈“七·七”矩形布置，間排距為800×800 mm；幫錨桿采用Z2388型錨固劑一條進(jìn)行錨注，呈“五·五”矩形布置，間排距為750×800 mm。

錨索規(guī)格：錨索均選用?21.6×7 300 mm注漿錨索，采用Z2388、CK2340型錨固劑各一條進(jìn)行預(yù)錨注，呈“三·三”布置，間排距為1 600×1 600 mm。

圖2斷面支護(hù)圖

圖3現(xiàn)場(chǎng)支護(hù)圖

3.2 施工方法及流程

（1）打眼，根據(jù)定點(diǎn)眼位施工錨索鉆孔，鉆孔直徑為28 mm，錨索直徑21.6 mm，打眼深度7.0 m。

（2）安裝預(yù)應(yīng)力錨索，錨索張拉力不得小于35 MPa。

（3）全長(zhǎng)錨固錨索充填施工順序：按照比例將水和有機(jī)復(fù)合材料在攪拌桶內(nèi)攪拌均勻→將充填泵與充填管連接牢固→充填管與全長(zhǎng)錨固錨索進(jìn)行可靠連接→充填達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后停漿（關(guān)閉充填機(jī)）

4 工程效果分析

通過(guò)測(cè)試錨索張拉力、觀測(cè)錨桿錨索受力情況及頂板圍巖變形檢測(cè)等手段，對(duì)斷層段巷道圍巖情況進(jìn)行深入分析，進(jìn)而反應(yīng)中空錨索使用效果。

4.1 錨索張拉力分析

表1錨索張拉力

根據(jù)測(cè)試，注漿材料1 d抗壓強(qiáng)度可達(dá)25 MPa，28 d抗壓強(qiáng)度可達(dá)70 MPa，因此前期錨索預(yù)緊力主要由樹(shù)脂錨固劑提供，隨著時(shí)間推移注漿材料起到主要錨固作用。錨索初始張拉力不得小于35 MPa，為保證注漿錨索的正常使用，每10 d進(jìn)行一次張拉，每次張拉增加5 MPa，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，28 d后注漿錨索張拉力不小于50 MPa，能夠有效起到對(duì)頂板的支護(hù)作用。

4.2 錨桿（索）受力分析

隨著施工進(jìn)程，在過(guò)斷層區(qū)段相隔20 m安裝一組錨桿錨索測(cè)力計(jì)和頂板離層儀，共計(jì)3組，每組1個(gè)頂板離層儀，2個(gè)液壓枕（頂錨索1個(gè)，幫錨桿1個(gè)）。

圖4頂板離層變化情況

通過(guò)圖4可得：頂板離層儀初始安裝讀數(shù)均為1 mm，隨著時(shí)間推移，頂板均有一定離層量，其中1#和3#離層儀由于在斷層邊緣，受斷層影響較小，頂板下沉1mm后趨于穩(wěn)定；2#離層儀受斷層牽動(dòng)影響較大，頂板離層4 mm后圍巖趨于穩(wěn)定，符合頂板支護(hù)管理要求。

圖5液壓枕壓力變化情況（幫錨桿）

通過(guò)圖5可得：幫部液壓枕受采動(dòng)影響，前期數(shù)據(jù)變化較明顯，后期趨于穩(wěn)定，未出現(xiàn)較大數(shù)據(jù)波動(dòng)，受斷層影響較小，巷道幫部圍巖較穩(wěn)定；2#液壓枕安裝在斷層中部區(qū)段，受斷層影響，相對(duì)1#和3#變化較明顯；錨桿液壓枕初始讀數(shù)值最小38 MPa（3#），后期穩(wěn)定值最大86.3 MPa（2#），變化最大值38.8 MPa（2#），均在錨桿抗拉極限值內(nèi)，符合支護(hù)要求。

圖6液壓枕壓力變化情況（頂錨索）

通過(guò)圖6可得：頂板巖層未出現(xiàn)明顯離層，錨索受壓基本穩(wěn)定；2#液壓枕初始安裝數(shù)值大于1#和3#，斷層區(qū)段頂板具有一定壓力；錨索受拉強(qiáng)度均在錨索破斷極限內(nèi)，符合支護(hù)要求。

5 結(jié)論

中空注漿錨索在巷道特殊區(qū)段的應(yīng)用，很大程度上增強(qiáng)了巷道圍巖的穩(wěn)定性，是對(duì)巷道圍巖加強(qiáng)支護(hù)的一次成功應(yīng)用，對(duì)地應(yīng)力較大，尤其錨索支護(hù)過(guò)程中有破斷現(xiàn)象礦井具有一定的借鑒作用。