錨桿注漿在煤礦巷道中的實(shí)踐

摘 要：在分析A地區(qū)煤礦巷道年久失修的基礎(chǔ)上，對錨桿注漿技術(shù)的原理及其相關(guān)特征進(jìn)行詳細(xì)分析，并結(jié)合A地區(qū)井下煤礦巷道的修復(fù)問題，探討錨桿注漿施工技術(shù)在煤礦巷道中的實(shí)際應(yīng)用，從而確保良好的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)對今后修復(fù)煤礦巷道井下巖石破碎提供了工藝保障與實(shí)施經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：錨桿注漿;煤礦巷道;技術(shù)原理;實(shí)踐

中圖分類號(hào)：TD353

引言：針對煤礦巷道井下巖質(zhì)過軟、破碎程度嚴(yán)重等問題，采用錨桿支護(hù)措施起到加筑作用。過去幾年，國家及相關(guān)科研單位研發(fā)了多種利用錨桿組合提升巷道支護(hù)效果穩(wěn)定程度的工藝手段，如錨網(wǎng)噴協(xié)同二次支護(hù)技術(shù)和封閉型金屬伸縮支護(hù)技術(shù)等，然而受技術(shù)缺陷影響，施工返修現(xiàn)象過于頻繁。近幾年隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，兩種新型支護(hù)概念誕生，分別是高水速凝材料與U型金屬架和伸縮錨桿配合注漿，以及錨噴錨桿注漿加強(qiáng)巷道巖體穩(wěn)定性。相對另一種支護(hù)技術(shù)，錨桿注漿工藝在支護(hù)效果、復(fù)雜程度以及所需成本等方面有諸多優(yōu)勢。

一、錨桿注漿技術(shù)原理及其特點(diǎn)分析

1.錨桿注漿技術(shù)原理

錨桿注漿與錨噴工藝協(xié)同填縫，組合為具有層次感的拱型噴網(wǎng)、拱型錨桿緊縮和拱型液體驅(qū)散的整合性網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，加強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的承重力及其影響范圍，使支護(hù)效果的穩(wěn)定性及其承載性符合實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)構(gòu)示意圖如下[1]。

2.錨桿注漿的特點(diǎn)

（1）周邊存在縫隙，漿液填充裂縫形成密封，阻止氣體進(jìn)入其中避免了風(fēng)化現(xiàn)象，降低了巖體的破碎程度，同時(shí)也杜絕了巖體遭受水浸影響巖質(zhì)的可能，確保了巖體的穩(wěn)定程度。

（2）錨桿注漿使巖體內(nèi)部瑣碎環(huán)境及其外部縫隙進(jìn)行粘連，整合后圍巖強(qiáng)度與穩(wěn)定度得到提升，巖質(zhì)相比過去其內(nèi)部環(huán)境更加緊湊，錨桿、鋼絲和巖體相互作用提高了巖體的承重強(qiáng)度。

（3）巷道巖體破裂后巖體內(nèi)部過于松散，支護(hù)體與噴層容易受不規(guī)則力的影響，從而導(dǎo)致多種力聚集某處造成突破性損害，錨桿注漿可使巖體內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊密充實(shí)，避免上述遭受破損的可能[2]。

（4）以往錨桿的性能較弱，承重力不強(qiáng)穩(wěn)定性欠佳，通過注漿增強(qiáng)了錨桿的固化度與全長度，形成層次分明的拱型網(wǎng)絡(luò)，各面均可受重，從而有效提升了巷道支護(hù)質(zhì)量。

（5）應(yīng)力在拱、墻以及底端的作用效果，在錨桿注漿前后均有著不同的表現(xiàn)，在注漿的作用下，本來對拱產(chǎn)生壓力的應(yīng)力轉(zhuǎn)移到墻體，墻體再將載力轉(zhuǎn)移到下板，又因?yàn)楣靶拖到y(tǒng)擴(kuò)大層次較多，使下板的受力影響減弱，尤其能夠降低底鼓現(xiàn)象的發(fā)生頻率，使支護(hù)承重效果更明顯，確保整體結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定。

二、錨桿注漿在煤礦巷道中的實(shí)踐分析

1.A地區(qū)煤礦巷道概述

實(shí)地考察A區(qū)得知，該地巖質(zhì)較軟，煤礦區(qū)域受壓程度較深，巷道形變、破損問題急需重視。而巷道形變造成剖面積嚴(yán)重縮水，道口風(fēng)速明顯上升，軌道受其影響有所破損，貨運(yùn)存在安全隱患，易引發(fā)事故。上述巷道問題多存在泥巖區(qū)域，巷道受壓致使錨噴噴層出現(xiàn)裂縫，巖塊掉損率高，部面積縮水，并且鋼絲受損，導(dǎo)致巷道形變[3]。過去作業(yè)時(shí)因過斷層等原因使用29U鋼代替錨噴支護(hù)，護(hù)棚部分區(qū)域發(fā)生形變，剖面積不比以往。由于該地區(qū)煤礦巷道破損已嚴(yán)重威脅到生產(chǎn)的安全性，必須在第一時(shí)間給予維修，以保障支護(hù)的穩(wěn)定性。

2.A區(qū)巷道形變原因

煤礦巖體受損、巷道形變等問題，通常情況下與絕對應(yīng)力有著直接的關(guān)系。絕對應(yīng)力一般指地層里不受外界施工等因素干擾的作用力，特別對巷道施工、挖掘、開拓等方面起到了較大的作用。絕對應(yīng)力包含了兩種力，即地質(zhì)構(gòu)造力和頂板帶來的重力應(yīng)力。地質(zhì)構(gòu)造力顧名思義，是指長久以來因地質(zhì)運(yùn)動(dòng)及結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變進(jìn)而形成的一種力，該應(yīng)力幅度受地質(zhì)環(huán)境變化及結(jié)構(gòu)的活躍度影響，地質(zhì)構(gòu)造方向決定著力的作用方向，是評價(jià)煤礦巷道穩(wěn)定程度的重要參考依據(jù)。而重力應(yīng)力的大小只受頂板和開采深度影響，頂板產(chǎn)生較大壓力，所以支護(hù)體所受承重力也越來越大，一旦壓力超出支護(hù)體承重范圍時(shí)就會(huì)造成巷道形變[4]。結(jié)合實(shí)際調(diào)查，對地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力和重力應(yīng)力進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)重力應(yīng)力產(chǎn)生的作用力要小于地質(zhì)構(gòu)造力，并且制約地質(zhì)構(gòu)造力大小的因素較多，應(yīng)力穩(wěn)定程度不強(qiáng)，時(shí)刻威脅著煤礦巷道的可靠性。

3.修復(fù)措施

對各種錨桿組合方式的支護(hù)技術(shù)進(jìn)行橫向比較，并通過相關(guān)試驗(yàn)得出結(jié)論，認(rèn)為煤礦巷道破損修復(fù)施工中，使用錨桿注漿工藝效果更加顯著。結(jié)合被損壞巷道剖面的實(shí)際情況，按照作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)刷大到相應(yīng)尺寸，掛鋼絲線的同時(shí)將一般錨桿置于其中，再布置用來注漿的錨桿于頂端、底部和相關(guān)部位，最后注漿，要注意整個(gè)過程前后都要進(jìn)行噴砼作業(yè)。巷道29U鋼伸縮支護(hù)部位首先進(jìn)行拆除，按照作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)刷大到相應(yīng)尺寸，最后使用錨桿注漿工藝進(jìn)行穩(wěn)固維修。

4.施工技術(shù)

（1）煤礦巷道錨噴工藝實(shí)施，首先對破損巖體進(jìn)行剝除并處理雜物，然后按照作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)刷大剖面至相應(yīng)尺寸，其中巖體若破損過于嚴(yán)重，提前進(jìn)行注漿作業(yè)提升穩(wěn)固度;其次對一般錨桿進(jìn)行打孔，掛好鋼絲線并安置一般錨桿于相應(yīng)區(qū)域，并開始首次噴砼處理，要求標(biāo)準(zhǔn)45毫米;再次，進(jìn)行注漿錨桿造孔，并將注漿錨桿分別放置于頂端與底腳;最后進(jìn)行第二次噴栓處理，要求標(biāo)準(zhǔn)45毫米。施工完畢觀察質(zhì)量是否符合要求，如有必要可針對未處理好區(qū)域采取二次注漿。

（2）煤礦巷道架棚工藝實(shí)施，首先進(jìn)行棚體拆除作業(yè)，其中巖體若破損過于嚴(yán)重，提前進(jìn)行注漿作業(yè)提升穩(wěn)定性，并按照作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)刷大剖面至相應(yīng)尺寸;其次對一般錨桿進(jìn)行打孔，掛好鋼絲線并安置一般錨桿于相應(yīng)區(qū)域，并開始首次噴砼處理，要求標(biāo)準(zhǔn)45毫米;再者進(jìn)行注漿錨桿造孔，并將注漿錨桿分別放置于頂端與底腳;最后進(jìn)行第二次噴栓處理，要求標(biāo)準(zhǔn)45毫米[5]。施工完畢觀察其質(zhì)量是否符合作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如存在未達(dá)標(biāo)區(qū)域則進(jìn)行二次注漿。

5.施工案例分析

A區(qū)煤礦第二水平620m構(gòu)造面褶皺彎曲，周邊巖質(zhì)較軟，由于受煤礦開采、絕對應(yīng)力和巖質(zhì)過軟等因素影響，導(dǎo)致77走風(fēng)巷道發(fā)生形變，道口風(fēng)速明顯上上升，風(fēng)氣濕度過高使軌道受損程度較深。以往采用的工藝是錨網(wǎng)索噴進(jìn)行支護(hù)，但是頂部、側(cè)方受壓現(xiàn)象明顯，底鼓問題仍然沒有解決，煤礦巷道形變嚴(yán)重導(dǎo)致巷道的使用率和安全性大大降低，目前決定采用錨桿注漿技術(shù)修復(fù)巷道缺陷。

錨桿注漿技術(shù)所需支護(hù)材料，通常有泥漿、石粒、黃砂、鋼絲網(wǎng)、聚酯樹脂固化劑、注漿錨桿及一般錨桿。

注漿錨桿規(guī)格。由鑄鐵管制成，Φ23x2060毫米，桿壁厚度為5毫米，錨桿注漿孔規(guī)格為Φ7毫米，使用快硬水泥卷進(jìn)行封孔作業(yè)。注漿錨桿和巷道外線條呈90度按剖面形放置，每排間隔距離1500x1500毫米，位于底部注漿錨桿和底端距離500毫米，允許切入角范圍40-45度。

一般錨桿規(guī)格。Φ23x2300毫米，每個(gè)孔位配備兩套聚酯樹脂固化劑，錨桿承重力不小于7.2t。一般錨桿按剖面形放置，每排間隔距離650x650毫米。

鋼絲網(wǎng)規(guī)格。Φ7毫米鋼絲制作，網(wǎng)格規(guī)格95x95毫米，幅度750x750毫米，網(wǎng)壓茬規(guī)格95毫米。

噴砼規(guī)格。25MPA強(qiáng)度，首次噴栓厚度45毫米，復(fù)次噴栓厚度45毫米，奔砼材料配比如下所示，石砬：黃砂：泥漿=2.5：2.5：1。

注漿參數(shù)。以水泥漿為主，使用425一般硅酸鹽水泥，注漿壓力標(biāo)準(zhǔn)2.5-3.5MPA，水泥灰料配比范圍0.8-1.2。

錨桿注漿工藝實(shí)際效果總結(jié)。A地區(qū)77走風(fēng)采用錨桿注漿技術(shù)修復(fù)巷道，相應(yīng)參數(shù)符合實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)，迄今為止已運(yùn)行26個(gè)月，兩幫收縮控制范圍35-116毫米，后續(xù)監(jiān)測均未出現(xiàn)大規(guī)模巖體破損，修復(fù)成本較之前大幅下降。主要因?yàn)殄^桿注漿技術(shù)所提供的支護(hù)性能較強(qiáng)，日后雖然煤礦巷道不能避免受壓問題從而導(dǎo)致形變，但由于二次噴層首先掉落無法影響拱型系統(tǒng)的性能，巖體完整度并未受太大影響，幾乎不會(huì)發(fā)生常見礦井事故，待巷道維修時(shí)稍做處理就好，后續(xù)修復(fù)量較少因此減少了對應(yīng)成本。

結(jié)束語：

利用錨桿注漿工藝對A地區(qū)煤礦巷道進(jìn)行修復(fù)，通過構(gòu)建拱形承重網(wǎng)，使承重結(jié)構(gòu)層擴(kuò)大影響范圍，使巷道安全性穩(wěn)定性得以提升，同時(shí)其成本費(fèi)用所需更少，有效提升了礦井作業(yè)環(huán)境水平，和其它支護(hù)技術(shù)比較優(yōu)勢明顯，具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：朱勝利（1983—），男，漢族，湖北竹山縣人，本科學(xué)歷，畢業(yè)于河南理工大學(xué)采礦工程專業(yè)，現(xiàn)于平煤股份十三礦總辦室工作，工程師。

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