破碎圍巖巷道全錨索注漿聯(lián)合支護技術實踐

王智玉 張 帥 王鴻宇

（河南能化集團永煤公司紅嶺煤礦，河南 安陽 455100）

1 概況

水倉位于永煤集團安陽公司紅嶺煤礦-445 m 水平車場，位于東風井保護煤柱范圍內(nèi)，周邊巷道密集，特別是鄰近吸水小井時地應力較大。外水倉擴修還鄰近落差18 m 的F407 斷層，該區(qū)域地層傾角由西向東逐漸變大。水倉巷道布置在二1 煤層底板，主要揭露巖層為泥巖（7.2 m）、砂質(zhì)泥巖（2.1 m）、泥巖（0.5 m）等。二1 煤層厚度為6.7 m，煤層上方直接頂為9.5 m 砂質(zhì)泥巖和9.1 m 細砂巖。主體施工水倉斷面為直墻半圓拱形，凈寬4600 mm、凈高3800 mm，毛寬4900 mm、毛高3950 mm。

2 全錨索注漿聯(lián)合支護技術及參數(shù)校驗

2.1 全錨索注漿聯(lián)合支護技術參數(shù)

根據(jù)紅嶺礦及周邊礦井井底車場水倉巷道支護實踐和-445 m 水平水倉巷道圍巖破碎的條件，確定-445 m 水平水倉巷道采用全錨索注漿聯(lián)合支護技術（圖1），具體參數(shù)如下：

圖1 注漿錨索封孔示意圖（mm）

1）水倉采用金屬網(wǎng)+全錨索進行支護，支護后進行表面噴漿，厚度為150 mm，噴射砼標號C20的混凝土，配比（體積比）為：水泥:黃砂:米石:水=1:2:2:0.52。水泥采用PO 42.5#普通硅酸鹽水泥，黃砂采用中粗砂，米石必須堅硬耐久，粒徑5～10 mm，水用井下生產(chǎn)用水。最后進行混凝土鋪底硬化，厚度為150 mm。

2）錨索矩形布置，在中線及兩側(cè)1.6 m、3.2 m處打設直徑21.6 mm、長8000 mm 的注漿錨索，其余地點打設直徑21.6 mm、長4000 mm 的注漿錨索，錨索間排距為800 mm×800 mm。每根錨索使用3支樹脂錨固劑，1 支MSCK2350、2 支MSZ2350 樹脂錨固劑，設計錨固力為120 kN。

3）網(wǎng)片為金屬網(wǎng)，使用6#鋼筋焊接，金屬網(wǎng)規(guī)格1000 mm×2000 mm；網(wǎng)目為正方形，規(guī)格為90 mm×90 mm。

4）注漿錨索注漿壓力不大于2 MPa，以孔周圍冒漿為注漿結束標準。采用QZB-50/6 氣動注漿泵，水灰比的控制可按照拌料時采用的灰桶體積進行控制（灰桶的直徑為560 mm，高度為450 mm，每桶加水高度為300 mm，體積為0.074 m3，加入水泥為0.087 t 即1.5 袋水泥）。注漿錨索孔開孔1 m 位置使用MQT-130/3.8 型氣動錨桿鉆機配合B19 鉆桿、直徑40 mm 的鉆頭打設，而后采用直徑28 mm 鉆頭打設至錨索設計深度。正常安裝錨索后，在1 m開孔位置預留1 m 長、直徑10 mm 的注漿膠管，膠管外露150 mm，而后在開孔向里500 mm 用棉紗進行封堵，開孔向里200 mm 用水泥進行封堵，外露的膠管穿進特制的錨索托盤鉆孔內(nèi)（膠管必須朝向鉆孔的下方），并將錨索進行張緊。

2.2 全錨索注漿聯(lián)合支護技術參數(shù)校驗

1）錨索直徑

錨索直徑d按照以下公式進行計算：

式中：Nt是鋼絞線軸向拉力設計值，取200 kN；fptk是鋼絞線抗拉強度標準值，取1860 MPa；K0是鋼絞線界面設計安全系數(shù)，取3。

計算可得錨索直徑理論值為20.27 mm。因此，錨索直徑確定為21.6 mm 的、1×7 股預應力鋼絞線是合理的。

2）錨索長度

設組合梁巖層上部受均布載荷q作用，錨索長度包括錨索外露長度L1、錨索有效長度（組合梁厚度）L2和錨固長度L3。根據(jù)組合梁理論，L2根據(jù)滿足組合梁巖層最下面一層外表面抗拉強度條件確定，即L2可以根據(jù)式（2）確定：

式中：B是巷道寬度，取4.9 m；q是組合巖梁上部承受的均布荷載，取兩層頂板載荷0.63 MPa；σt是組合巖梁最下面巖層抗拉強度，取0.5 MPa；K1是安全系數(shù)，一般為3～5，取4.5。計算可得，錨索有效長度為5.8 m，錨索計算總長度為7.8 m，實際錨索取8.0 m。

3）錨索間排距

錨索間排距由組合巖梁的抗剪強度確定。假設錨索間距和排距相等，均為a。組合巖梁抗剪安全條件下，錨索間排距可以用式（3）確定：

式中：τ是錨索抗剪強度，取0.8 倍抗拉強度（1860 MPa）；K2是組合巖梁抗剪安全系數(shù)，一般取3～6，這里取4.5。計算可得，錨索間排距理論值為781 mm，實際取800 mm。

4）注漿相關參數(shù)確定

以圍巖加固為目的的圍巖注漿，其起始注漿壓力一般為0.8～1 MPa，終止注漿的壓力為1.5～2 MPa即可滿足要求。以防堵水為主要目的的圍巖注漿，其起始注漿壓力應與注漿點處的靜水壓力相當，終止注漿的壓力為靜水壓力的1.5 倍即可。注漿孔深主要根據(jù)被加固巖層的松動圈深度而定，注漿孔深為1 m。

3 工程實踐及效果

全錨索注漿聯(lián)合支護技術在現(xiàn)場進行了工程應用，施工及后期使用過程中，對施工點進行觀測和風險評估，分析結果見表1。

由表1 可以看出，全錨索注漿聯(lián)合支護技術實際應用過程遇到的風險等級較低，潛在事故多發(fā)生在頂板，且所有風險均可通過加強工程技術人員防范管控意識和學習掌握新技術得以解決。由此可知，采用全錨索注漿聯(lián)合支護技術，能夠有效地保障斷層破碎帶水倉巷道掘進安全及支護要求。

4 結語

以紅嶺礦及周邊礦井井底車場水倉巷道支護實踐和-445 m 水平水倉巷道圍巖破碎為條件，確定了-445 m 水平水倉巷道采用全錨索注漿聯(lián)合支護技術，相比于錨桿錨索噴漿聯(lián)合支護，全錨索注漿聯(lián)合支護可用于解決受斷層影響的局部易冒頂區(qū)域的掘進，有利于預防后期大變形。工程實踐表明，全錨索注漿聯(lián)合支護技術在實際施工過程中的事故風險等級較低，能夠保證斷層破碎帶水倉巷道的安全。