中空注漿錨索在霍寶干河煤礦松軟巷道中的應(yīng)用

來登峰

（山西霍寶干河煤礦有限公司，山西 臨汾 041602）

錨索的錨固深度大、強(qiáng)度高，安裝時可施加較大的預(yù)應(yīng)力，一般與錨桿配合使用，在我國煤礦巷道支護(hù)中得到了廣泛的應(yīng)用。對于圍巖破碎且地應(yīng)力大的巷道，由于圍巖本身的自承載能力差，常規(guī)的錨桿索支護(hù)難以維持巷道的穩(wěn)定[1-3]?；糁菝弘娀魧毟珊用旱V一采區(qū)軌道下山采用過的傳統(tǒng)的U 鋼、錨桿索等支護(hù)方式均出現(xiàn)了大變形破壞。為此，該礦提出了中空注漿錨索配合雙層金屬網(wǎng)的錨網(wǎng)噴支護(hù)方式，取得了較好的應(yīng)用效果。

1 工程概況

一采區(qū)2 號煤埋深540～680 m，采用單翼開采的方式，其中一采區(qū)軌道下山布置于2 號煤底板中，巷道斷面為半圓拱形，尺寸為3.8 m×3.2 m（寬×高），墻高1.3 m。支護(hù)方式采用的是U 鋼和錨桿索聯(lián)合支護(hù)。

煤層頂?shù)装鍘r性如圖1。

圖1 2 號煤頂?shù)装鍘r性

2 巷道變形特征及原因分析

2.1 變形破壞特征

一采區(qū)軌道下山在成巷后呈現(xiàn)出U 鋼棚腿內(nèi)扎、巷道兩幫變形不一致等特征，如圖2。

圖2 巷道破壞特征

在原U 鋼支護(hù)基礎(chǔ)上，使用錨桿索+錨噴的方式對變形最嚴(yán)重的11～19 號導(dǎo)向點(diǎn)之前約300 m 巷道進(jìn)行修復(fù)，但效果不理想。修復(fù)段巷道兩幫收斂量最大達(dá)到520 mm，頂?shù)装逡平吭?00 mm 以上，不能滿足生產(chǎn)要求。

2.2 破壞原因分析

分析認(rèn)為，引起一采區(qū)軌道下山大變形的原因主要有以下幾個方面：

（1）地應(yīng)力大

該礦原巖應(yīng)力測試表明，該礦最大水平主應(yīng)力為21.9 MPa，最小水平主應(yīng)力為10.4 MPa，而垂直應(yīng)力為15.2 MPa，垂直應(yīng)力小于最大水平主應(yīng)力。因此，應(yīng)力場以水平應(yīng)力為主。在水平應(yīng)力的作用下，巷道兩幫變形劇烈，減弱了對頂板的支撐，間接增大了巷道的跨距，令水平應(yīng)力對頂板的擠壓作用大，加劇了頂板的變形。

（2）斷層的影響

11～19 號導(dǎo)向點(diǎn)之間巷道分布有F17、F18、F19、F20 四條斷層，斷層落差均在4 m 以上，大于巷道高度。落差最大的為F20 斷層，落差達(dá)70 m。斷層附近圍巖破碎，承載能力差，且破碎帶中填充有各種的碎塊，極易發(fā)生失穩(wěn)。

（3）工作面回采的影響

一采區(qū)采用的是單翼布置，2-106、2-108 等工作面均已回采結(jié)束，受采動影響，靠近采空區(qū)側(cè)的巷道變形明顯較大，呈現(xiàn)不對稱特征。

3 控制對策及支護(hù)設(shè)計

3.1 控制對策

針對地應(yīng)力高且圍巖松軟破碎、承載能力差的實(shí)際情況，提出以下控制對策。

（1）充分發(fā)揮圍巖的自承能力

巷道開掘后，由于受力狀態(tài)的改變，巷道表面圍巖進(jìn)入塑性變形階段。在巷道掘進(jìn)初期，應(yīng)及時支護(hù)，在巷道表面形成預(yù)應(yīng)力承載結(jié)構(gòu)，充分利用圍巖的自承能力，減少塑性區(qū)的發(fā)展。

（2）提高圍巖的承載能力

對于松軟破碎的巷道，圍巖的強(qiáng)度低，僅靠本身的承載能力難以維持巷道的穩(wěn)定。因此，除了保證圍巖的承載能力之外，還可以通過采取注漿等措施，將巷道淺部圍巖與深部圍巖膠結(jié)成整體。注漿在強(qiáng)化巖體的力學(xué)性能同時，可以為錨桿索支護(hù)提供穩(wěn)定可靠的錨固點(diǎn)，與圍巖形成整體承載結(jié)構(gòu)，同時注漿還可以封堵圍巖中的節(jié)理等，避免裂隙的進(jìn)一步發(fā)育。

綜合以上分析，決定采用中空注漿錨索配高性能錨桿的聯(lián)合控制方式減少巷道圍巖的變形。

3.2 中空注漿錨索

中空注漿錨索的結(jié)構(gòu)如圖3[4-6]。與普通錨索相比，中空注漿錨索采用籠型中空結(jié)構(gòu)，鋼絞線內(nèi)有注漿芯管。使用時分兩步施工：第一步與常規(guī)錨索類似，用樹脂錨固劑錨固并施加一定的預(yù)緊力，后期高壓注入水泥漿液。

圖3 中空注漿錨索結(jié)構(gòu)

中空注漿錨索兼有錨索錨固和注漿加固的功能，在普通錨索的基礎(chǔ)上注入水泥漿，實(shí)現(xiàn)全長錨固，并且最大注漿壓力可達(dá)8 MPa，有利于水泥漿液向鉆孔裂隙中的擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)了錨固一體，對破碎圍巖起到加固作用，

3.3 支護(hù)設(shè)計

采用高強(qiáng)度錨桿和注漿錨索配合雙層高強(qiáng)金屬網(wǎng)的聯(lián)合支護(hù)方式，支護(hù)方案設(shè)計如圖4。

（1）高強(qiáng)錨桿支護(hù)

采用BHRB400 高強(qiáng)螺紋鋼錨桿，規(guī)格為Φ22 mm×2400 mm， 每 根 錨 桿 配K2360 和CK2360 樹脂藥卷各一卷錨固，安裝時超快錨固劑在底部。錨桿間距為650 mm，兩側(cè)直墻布置三根錨桿，間距600 mm，錨桿排距為800 mm，位于巷道底角的錨桿向下傾斜15°布置，其余垂直布置。

巷道兩幫及頂板鋪設(shè)雙層菱形鋼筋網(wǎng)，鋼筋直徑為6 mm，網(wǎng)格為100 mm×100 mm。

（2）中空注漿錨索支護(hù)

中空注漿錨索的長度為7000 mm，每個斷面布置5 根，間距如圖所示，排距為800 mm，位于錨桿排中間，間隔布置。每根錨索使用四根K2360 樹脂藥卷錨固。

注漿錨索施工后對巷道表面進(jìn)行噴漿封閉，噴漿厚度為120 mm，初噴厚度不得低于60 mm，復(fù)噴時間間隔不得小于2 h。

圖4 中空注漿錨索支護(hù)方案

3.4 施工工藝

與常規(guī)錨索相比，中空注漿錨索增加了注漿的工序，其整個施工工藝如圖5。

圖5 中空注漿錨索施工工藝

中空注漿錨索成敗的關(guān)鍵在于封孔，封孔質(zhì)量差，容易造成漿液的流失，影響支護(hù)效果。經(jīng)過多次試驗發(fā)現(xiàn)，利用棉紗封孔簡單，效果好。

在錨索伸入鉆孔之前，將棉紗纏繞在錨索底部，距離尾部的距離為錨索的外露長度，一般為400 mm。錨索用樹脂錨固劑錨固后，用棉紗將錨索與鉆孔的縫隙堵住，然后張拉。預(yù)緊之后對巷道表面進(jìn)行噴漿封閉，噴漿厚度為200 mm，4～5 d 后再往錨索內(nèi)注入水泥漿液。水泥漿液的水灰比為1:1，注漿壓力為5～7 MPa。

4 礦壓觀測

為了驗證中空注漿錨索和高性能錨桿支護(hù)系統(tǒng)的效果，在注漿完成后安設(shè)了測站，對巷道表面位移進(jìn)行觀測，觀測結(jié)果如圖6。

圖6 巷道表面位移觀測結(jié)果

由觀測結(jié)果可以看出，由于一采區(qū)軌道下山為返修巷道，圍巖應(yīng)力得到了充分釋放，因此，巷道變形速率較小，且無明顯的階段性特征，變形曲線平穩(wěn)逐漸上升后穩(wěn)定。中空錨索注漿后15 d 巷道變形趨于穩(wěn)定，表面位移達(dá)到最大值，兩幫收斂較小，為21 mm，對生產(chǎn)無影響。由于底板未支護(hù)，因此，頂?shù)装逡平恳缘坠臑橹?，占頂?shù)装遄冃慰偭康?0%，但底鼓量小，對生產(chǎn)影響較小或通過簡單臥底即可解決，不影響生產(chǎn)。

5 結(jié)論

（1）霍寶干河煤礦一采區(qū)軌道下山受斷層、水平地應(yīng)力及工作面回采的影響，巷道圍巖破碎，承載能力低，巷道呈現(xiàn)非對稱變形及棚腿內(nèi)扎的破壞特征。

（2）中空注漿錨索兼有錨索錨固和注漿加固的功能，在普通錨索的基礎(chǔ)上注入水泥漿，在錨固劑端錨的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)全長錨固，有利于水泥漿液向鉆孔裂隙中的擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)了錨固一體，對破碎圍巖起到加固作用。

（3）通過采用高強(qiáng)錨桿加中空注漿錨索配合雙層金屬網(wǎng)的聯(lián)合加固技術(shù)，一采區(qū)軌道下山巷道變形量小，滿足了煤礦的生產(chǎn)要求，適用于礦井開拓巷道和采區(qū)準(zhǔn)備巷道的掘進(jìn)支護(hù)和維修加固。