中空注漿錨索在破碎復(fù)合頂板加固中的研究與應(yīng)用

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。

1 概 況

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

2 巷道變形原因分析

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。

3 錨注加固方案

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%。

4 注漿錨索施工工藝

4.1 安裝注漿錨索

（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。

4.2 錨索注漿壓力

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。

4.3 注漿錨索檢測(cè)

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。

5 結(jié) 論

（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。