吳方超
(冀中能源股份有限公司 章村礦,河北 邢臺(tái) 054100)
章村礦為百年老礦,在用巷道總長(zhǎng)42 000 多米,巷道線(xiàn)路長(zhǎng),失修巷道較多。對(duì)于圍巖穩(wěn)定性較好的巷道,該礦采用高強(qiáng)度錨網(wǎng)索支護(hù)技術(shù),取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益;對(duì)于圍巖較破碎、穩(wěn)定性差的巷道,由于錨桿、錨索錨固劑與破碎圍巖的粘結(jié)力小,其力學(xué)性能不能充分發(fā)揮,單獨(dú)采用錨網(wǎng)索支護(hù),已不能滿(mǎn)足巷道圍巖的支護(hù)強(qiáng)度,因此,注漿加固技術(shù)是否能夠有效控制破碎圍巖的變形顯得尤為重要。
章村礦26 采區(qū)2下2610 下巷掘進(jìn)至f2612-3斷層附近時(shí),地壓顯現(xiàn)明顯,巷道受力大,而圍巖以砂質(zhì)泥巖為主,巖性異常松軟、裂隙發(fā)育,頂板巖層夾多層煤線(xiàn),其吸水易膨脹、瓦解,該巷道掘進(jìn)及其整修后,其底鼓、兩幫均發(fā)生強(qiáng)烈變形,巷道返修量大,給巷道支護(hù)造成了極大困難,因此,改進(jìn)巷道支護(hù)方式,確保巷道頂板安全勢(shì)在必行。
章村礦2下2610 下巷破碎復(fù)合頂板段位于該礦4226 采區(qū)2下2610 工作面中部,有2 條縱橫交錯(cuò)的斷層,落差2~8 m,該段直接頂為復(fù)合頂板,夾有多層煤線(xiàn),主要巖性為砂質(zhì)泥巖及泥巖,層理極為發(fā)育,巖石結(jié)構(gòu)松軟,巖石較破碎,圍巖條件惡劣。2下2610 下巷破碎復(fù)合頂板段上部為2 號(hào)煤采空區(qū),層間距在12 m 左右。該段巷道頂板原采用錨網(wǎng)索+U 型鋼架棚聯(lián)合支護(hù)。2下2610 下巷復(fù)合頂板段巖性情況見(jiàn)表1。
表1 2 下2610 下巷復(fù)合頂板段巖性情況Table 1 Lithology of composite roof section of No.2lower2610 roadway
章村礦26 采區(qū)2下2610 下巷自2 號(hào)煤2610工作面回采結(jié)束后,其低洼處一直被水淹沒(méi),2020年,巷道整修至該段水淹區(qū)域時(shí),發(fā)現(xiàn)巷道變形嚴(yán)重,頂板下沉,大部分U 型鋼扭曲變形,甚至有一部分U 型鋼頂拱和柱腿已脫開(kāi)或折斷,不能有效支護(hù)頂板。巷道原掘進(jìn)斷面規(guī)格為4.5 m×2.5 m(寬×高),變形后最小斷面僅為2.8 m×1.3 m(寬×高),收縮量達(dá)到68%,不能滿(mǎn)足使用需要。
2下2610 下巷靠近f2612-3 斷層地段煤層頂板大部分為泥巖夾煤線(xiàn),巖性較軟,不利于巷道支護(hù),且該地段初期掘進(jìn)時(shí)頂板一直有淋水,弱化了頂板的強(qiáng)度。巷道變形產(chǎn)生裂隙時(shí),頂板淋水順裂隙向下流動(dòng),沿裂隙面對(duì)頂板進(jìn)行沖刷,錨桿錨索長(zhǎng)期受水沖刷侵蝕,造成錨桿錨索銹蝕變細(xì),抗拉強(qiáng)度大幅降低,裂隙面進(jìn)一步擴(kuò)大,導(dǎo)致頂板完整性進(jìn)一步惡化。
2下2610 下巷靠近斷層段施工時(shí),采用正常的錨網(wǎng)支護(hù),針對(duì)頂板變軟有淋水的情況,初期僅采取了加密錨桿錨索并補(bǔ)套U 型鋼的支護(hù)方式,而且該段巷道受2 號(hào)煤2610 工作面里段回采影響,該段正好位于停采線(xiàn)以外60 m 范圍內(nèi),采動(dòng)超前壓力大,受2 號(hào)煤采動(dòng)以及靠近斷層帶頂板破碎、構(gòu)造應(yīng)力等多重因素疊加影響,由于巷道支護(hù)強(qiáng)度不夠,頂板產(chǎn)生離層下沉,且對(duì)淋水未進(jìn)行任何處理,導(dǎo)致巷道變形破壞嚴(yán)重。
2下2610 下巷靠近f2612-3 斷層附近約40 m范圍巷道頂板破碎,巖性為泥巖或砂質(zhì)泥巖,同時(shí),不同層位之間夾有煤線(xiàn)或炭質(zhì)泥巖等軟弱夾層,原巷道采取錨網(wǎng)索+U 型鋼進(jìn)行聯(lián)合支護(hù),但是由于受2 號(hào)煤2610 里工作面開(kāi)采影響,該段巷道變形嚴(yán)重,U 型鋼80%以上出現(xiàn)斷粱折柱現(xiàn)象,頂板已出現(xiàn)深部和淺部離層。針對(duì)2下2610 下巷頂板破碎段軟弱層多、裂隙發(fā)育、淺部離層的特點(diǎn),先采用密排錨索方式對(duì)頂板進(jìn)行加固,然后采用中空注漿錨索對(duì)深部和淺部進(jìn)行耦合注漿加固,使巷道頂板重新形成一個(gè)完整體,有效的控制了頂板下沉。
該段整修時(shí),鑒于巷道深部和淺部均已離層的狀況,因此該段首先采取密排錨索先加固頂板的支護(hù)方式,錨索梁垂巷布置,一梁五孔,錨索采用8.3 m 高強(qiáng)度鋼絞線(xiàn)錨索;錨索加固完畢后從后向前交叉布置中空注漿錨索,進(jìn)行淺、深部注漿。中空注漿錨索淺部出漿口位置在孔口以上3 m,深部出漿口位置位于孔口以上6 m。加固錨索和注漿錨索布置如圖1 所示。
圖1 加固錨索和注漿錨索布置示意Fig.1 Arrangement of reinforcing anchor cable and grouting anchor cable
注漿錨索采用中空設(shè)計(jì),錨索中孔作為鉆進(jìn)高壓風(fēng)水通道和注漿通道,其安裝、預(yù)緊方式與普通錨索完全相同。中空注漿錨索由鋼絞線(xiàn)、托板、錨具、止?jié){塞等組裝而成。
注漿錨索結(jié)構(gòu)如圖2 所示。
圖2 注漿錨索結(jié)構(gòu)Fig.2 Grouting anchor cable structure
中空注漿錨索技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2。
表2 中空注漿錨索技術(shù)參數(shù)Table 2 Technical parameters of hollowgrouting anchor cable
注漿液水灰比為0.5,注漿液配制選用硅酸鹽水泥強(qiáng)度等級(jí)為42.5,并摻入ACZ- 型水泥注漿添加劑,摻量為硅酸鹽水泥重量的8%。
(1) 安裝前計(jì)算樹(shù)脂錨固劑錨固長(zhǎng)度,不得超過(guò)1.5 m。中空錨注錨索出漿口位于錨索前端1.5 m 處,錨固長(zhǎng)度超過(guò)1.5 m 左右會(huì)阻塞出漿口,無(wú)法出漿。
(2) 中空注漿錨索安裝之前要檢查出漿口位置,不得堵塞,保持出漿暢通。
(3) 在安裝中空注漿錨索時(shí),先放1 卷MSC K2335 樹(shù)脂錨固劑,再放1 支MSZ22360 中速樹(shù)脂藥卷用中空錨索徐徐推入鉆孔,在距錨索尾部1.0 m 處纏繞包裝布或面紗,然后用錨桿機(jī)進(jìn)行攪拌,之后裝上錐形橡膠止?jié){塞(錐頭向里)與托盤(pán),再旋轉(zhuǎn)尾部螺母進(jìn)行封孔并進(jìn)行初步張拉預(yù)緊。
(4) 根據(jù)孔口形狀選擇棉紗用量,保證孔壁與索體空間填滿(mǎn)棉紗,對(duì)于扁平孔需多用棉紗將長(zhǎng)軸兩端封住。封口時(shí)將錐形止?jié){塞穿入中空錨注錨索內(nèi),頂入鉆孔中。止?jié){塞安裝完畢后安裝錨索托盤(pán)和鎖具,進(jìn)行張拉,保證托盤(pán)貼近巖面。
注漿時(shí),注漿壓力要緩慢升壓,注漿壓力一般要求控制在2.0 MPa 左右,注漿孔只要進(jìn)漿就不宜升壓太快,終壓為5.0 MPa,根據(jù)注漿泵的性能和對(duì)圍巖的加固效果.最大終壓可達(dá)7.0 MPa。
2下2610 下巷破碎圍巖注漿加固時(shí),每孔注入水泥量50~100 kg,第一個(gè)斷面的注漿量要大,隨后會(huì)減少至較穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)2下2610 下巷單孔注入水泥量超過(guò)300 kg 且注漿壓力仍未達(dá)到注漿終壓時(shí),可暫停換注漿孔注漿;待30 min 后再?gòu)?fù)注,若復(fù)注時(shí)注入水泥量超過(guò)500 kg,該孔壓力仍未達(dá)到注漿終壓時(shí),應(yīng)檢查是否有漏漿、跑漿現(xiàn)象,然后再換孔注漿。
沿巷道每20 m 布置1 個(gè)檢測(cè)點(diǎn)檢查巷道頂板,每一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)布置2 根注漿錨索,對(duì)2下2610 下巷進(jìn)行復(fù)注檢查,當(dāng)出現(xiàn)1 根注漿錨索注漿壓力小于1 MPa、注入水泥量大于50 kg 時(shí),即表明2下2610 下巷原注漿未注滿(mǎn)或圍巖裂隙未充實(shí),應(yīng)在6.0 m 范內(nèi)補(bǔ)打注漿錨索重注。
2610 下巷初期采用密排錨索布置加固后,由于頂板破碎、深部淺部離層,巷道離層觀(guān)測(cè)日下沉量達(dá)到30 mm,通過(guò)采取注漿錨索加固后,最初一周下沉量為10 mm,后期逐步趨于穩(wěn)定,不再下沉,巷道頂板得到有效控制。
(1) 針對(duì)章村礦2610 下巷頂板破碎段軟弱層多、裂隙發(fā)育、淺部離層的特點(diǎn),先采用密排錨索方式對(duì)頂板進(jìn)行加固,然后采用中空注漿錨索對(duì)深部和淺部進(jìn)行耦合注漿加固,使巷道頂板重新形成一個(gè)完整體,有效的控制了頂板下沉。
(2) 在施工中,研究了水泥基注漿水灰比以及水玻璃添加劑的使用量問(wèn)題,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),制定了合適和配比參數(shù),取得了較好的注漿效果。