注漿錨索在大斷面硐室中的應(yīng)用

牛 棟

（1.太原理工大學(xué),山西 太原 030024；2.晉煤集團(tuán)成莊礦，山西 晉城 048021）

注漿錨索在大斷面硐室中的應(yīng)用

牛 棟1，2

（1.太原理工大學(xué),山西 太原 030024；2.晉煤集團(tuán)成莊礦，山西 晉城 048021）

成莊礦二盤區(qū)二部膠帶機(jī)機(jī)頭硐室隨著二盤區(qū)膠帶機(jī)機(jī)頭硐室附近南北兩翼工作面的回采結(jié)束，受回采動壓影響，硐室底板底鼓影響了膠帶機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。通過對其地質(zhì)條件、破碎機(jī)理及加固原理的分析，提出了對底板和圍巖合理的注漿錨索處理技術(shù)。

注漿錨索；大斷面硐室；加固；處理技術(shù)

1 問題的提出

成莊礦二盤區(qū)二部膠帶機(jī)機(jī)頭硐室及二部膠帶機(jī)于2002年建成并投運(yùn)。近年來，隨著二盤區(qū)膠帶機(jī)機(jī)頭硐室附近南北兩翼工作面的回采結(jié)束，受回采動壓影響，2103巷一部膠帶機(jī)尾滾筒基礎(chǔ)和二部皮帶卸載滾筒基礎(chǔ)受動壓影響局部變形逐步加劇，導(dǎo)致膠帶機(jī)的部分中間架變形與位移、一部膠帶機(jī)尾改向滾筒與支撐滾筒大架傾斜、二部卸載滾筒與驅(qū)動裝置大架傾斜，造成了膠帶局部跑偏、軸承發(fā)熱、設(shè)備振動加劇等問題，影響了膠帶機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。2103巷二部皮帶驅(qū)動基礎(chǔ)變形，致使驅(qū)動軸與滾筒軸不一致，設(shè)備帶病運(yùn)行，同時(shí)，硐室墻體及拱部變形加劇，對二盤區(qū)下部采面的正常生產(chǎn)造成了極大的影響。二盤區(qū)仍然是主要生產(chǎn)盤區(qū)，為此對二盤區(qū)膠帶機(jī)機(jī)頭硐室底臌處理及硐室加固勢在必行。

2 加固原理

巖土加固工程通常可采用錨桿（錨索）錨固技術(shù)、注漿加固技術(shù)及注漿與錨固相結(jié)合的綜合加固技術(shù)等。

單一錨固加固技術(shù)，適用于巖土工程開挖初期，圍巖沒有顯著變形離層時(shí)的軟弱巖土加固工程。對于已經(jīng)產(chǎn)生破壞并變形離層的加固工程，由于破壞后的巖體不具備完整的傳力結(jié)構(gòu)，內(nèi)部裂隙阻斷了錨桿、錨索等支護(hù)體對圍巖施加的預(yù)緊力向圍巖內(nèi)部的傳遞，加固效果受到影響。大量工程實(shí)踐證明，注漿加固以原位加固并改變巖土固有性質(zhì)的特點(diǎn)，是破碎巖土工程加固最直接、最有效的手段。破碎圍巖加固工程應(yīng)在恢復(fù)圍巖內(nèi)部結(jié)構(gòu)完整性基礎(chǔ)上，加強(qiáng)對巷道圍巖的主動支護(hù)。

初步確定本工程對內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞的圍巖采用高壓注漿配合強(qiáng)力錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)的綜合加固方案。對內(nèi)部結(jié)構(gòu)完整的圍巖進(jìn)行注漿錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。

總體施工順序?yàn)橄鹊装搴髱晚敚冗M(jìn)行高壓注漿，后進(jìn)行強(qiáng)力錨索支護(hù)。

注漿加固采用水泥注漿材料。水泥注漿材料使用525號（42.5MPa）普通硅酸鹽水泥，配合水泥注漿添加劑XPM配制漿液。錨索采用規(guī)格Φ22mm，1×19股高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絞線。

3 施工方法

3.1 圍巖結(jié)構(gòu)分析

為準(zhǔn)確了解二盤區(qū)二部膠帶機(jī)頭6.7 m寬，6.2 m高的驅(qū)動硐室圍巖內(nèi)部結(jié)構(gòu)狀況，2007年11月，對區(qū)域圍巖進(jìn)行了鉆孔窺視。頂板和驅(qū)動硐室底板鉆孔窺視圖，見圖1，2。

3.1.1 驅(qū)動硐室圍巖結(jié)構(gòu)

⑴頂板

窺視結(jié)果表明：二部膠帶機(jī)頭驅(qū)動硐室圍巖各區(qū)域已遭到不同程度的破壞，頂板巖層破壞深度較淺，一般不大于4000 mm，且頂板破壞形式主要為離層開裂、整體下沉。

圖1 驅(qū)動硐室頂板內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖2 驅(qū)動硐室底板內(nèi)部結(jié)構(gòu)

驅(qū)動硐室底板巖層4000 mm以內(nèi)連續(xù)離層，竄鉆現(xiàn)象嚴(yán)重，完整層厚度小于100 mm，底板深部巖性較軟。底板成孔后孔內(nèi)積水無法排干，估計(jì)區(qū)域底板破壞范圍已延展至二盤區(qū)水倉。

3.2 底板、幫頂圍巖加固

3.2.1 注漿孔與錨索布置

底板注漿（即錨索安裝）鉆孔沿巷道走向成排、五花眼布置，排距2000 mm～2500 mm，間距1700 mm～2500 mm；幫頂注漿錨索沿巷道斷面成排、矩形布置，排距1.6m，間距1.5m。

3.2.2 鉆孔參數(shù)

鉆孔：底板使用TXU-75鉆機(jī)打孔，鉆頭直徑φ56mm。拱肩以上：使用YT28鑿巖機(jī)開孔，鉆頭直徑Φ50 mm，深度2000 mm；MQT-85錨索鉆機(jī)或MQB35/45幫錨桿機(jī)成孔，鉆頭直徑Φ28 mm，深6000 mm。兩幫底部：鉆孔使用TXU-75鉆機(jī)打孔，鉆頭直徑Φ56mm，成孔后預(yù)埋錨索。

鉆孔角度：靠近兩幫的底板孔外扎角8°，兩幫底腳錨索下扎10°，其余錨索全部垂直巖面布置。鉆孔深度：孔深全部（8000±50）mm。

3.2.3 注漿參數(shù)

注漿材料：水泥漿。

注漿方式：預(yù)埋錨索7 d后，插入（A1216）鋁塑注漿管，安裝封孔膠塞、鋼筋梯梁、托盤、索具，張拉錨索后全長一次注漿。

注漿終止壓力：4MPa～6MPa。

3.2.4 支護(hù)參數(shù)

成孔后預(yù)埋錨索。插入錨索、將6分塑料灌漿管插至孔底，填入少量石粉，灌入水泥漿10升，拔出塑料管。

錨索規(guī)格Φ22mm，1×19股高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絞線，長度8300mm。

配套構(gòu)件：Φ20 mm焊接鋼筋梯梁，高強(qiáng)度拱形托盤，加裝調(diào)心球墊。

錨固方式：全長錨固。拱肩以上：采用樹脂端部錨固，三支低粘度錨固劑，一支規(guī)格為K2335，另兩支規(guī)格為Z2360，樹脂錨固長度1100 mm，其余部分采用水泥漿錨固。其它錨索：全長水泥漿錨固。

錨索安裝：鉆孔內(nèi)插入鋁塑注漿管，長度4500 mm、封孔膠塞、頂套、高強(qiáng)度拱形托盤（帶Φ18mm穿管孔）、球墊及索具。

錨索預(yù)緊力：注漿前張拉預(yù)緊，預(yù)緊力不小于150kN。

4 施工工藝及技術(shù)要求

4.1 施工工藝

4.1.1 底板注漿與錨索支護(hù)

清理底板→標(biāo)記鉆孔位置→架設(shè)鉆機(jī)?打孔?送水排渣→鉆孔完畢，退出鉆桿、鉆頭→插入底板錨索至孔底→插入6分塑料灌漿管、填入石粉→灌入水泥漿10 L→抽出塑料灌漿管→棉紗封堵孔口→錨索預(yù)埋7 d后→鋪、聯(lián)底網(wǎng)→取出棉紗→插入鋁塑管（長度4500mm）→錨索和鋁塑管外部套裝封孔膠塞和止退管推至孔口→加裝Φ20mm鋼筋梯梁、拱形托盤→鋁塑管→安裝球墊、索具張拉預(yù)緊錨索→連接注漿系統(tǒng)，逐孔注漿至終壓→彎折鋁塑管阻止?jié){液倒流。

4.1.2 幫頂注漿與錨索支護(hù)

鑿巖機(jī)Φ50mm鉆頭（或TXU-75鉆機(jī)Φ56mm鉆頭）開孔，深2000mm→MQT-85錨索鉆機(jī)（或MQB35/45幫錨桿機(jī)）成孔，Φ28mm鉆頭鉆孔→清孔→安裝樹脂藥卷和錨索→用錨桿機(jī)攪拌樹脂藥卷至規(guī)定時(shí)間→停止攪拌→鋪、聯(lián)幫頂網(wǎng)?插入鋁塑管（長度2500mm）→錨索和鋁塑管外部套裝封孔膠塞和止退管推至孔口→安裝拱形托盤、球墊、索具張拉預(yù)緊錨索→連接注漿系統(tǒng)，逐孔注漿至終壓→彎折鋁塑管阻止?jié){液倒流。

4.2 技術(shù)要求

4.2.1 通用要求

⑴所有拱形錨索托盤在拱部打注漿管孔，孔徑Φ18mm。

⑵孔口注漿管為鋁塑管，基礎(chǔ)及底板注漿鋁塑管長度4500 mm，插入鉆孔深度4000 mm，幫頂圍巖注漿鋁塑管長度2500 mm，插入鉆孔深度2000 mm。

⑶鋁塑管距孔口1000 mm以外每400 mm打一組射漿孔（通孔），孔徑Φ8mm～Φ10mm。

4.2.2 底板

⑴底板預(yù)應(yīng)力注漿錨索采用二次注漿施工，第一次灌注錨固端，灌注水泥體積10 L，錨固長度約3500 mm。為提高錨固強(qiáng)度灌漿前填入少許粒徑5 mm以下的砂石；

⑵灌漿前插入6分塑料管至孔底，填入砂石后由塑料管向孔內(nèi)灌漿，使?jié){液直接灌至孔底，灌漿后抽出塑料管；

⑶第一次灌漿7 d后，使用孔口鋁塑管進(jìn)行第二次注漿。底板孔注漿壓力4MPa～6MPa。

⑷灌漿管預(yù)置前纏單層膠帶封閉射漿孔，阻止外部漿液進(jìn)入。

4.2.3 幫頂圍巖注漿與支護(hù)

⑴幫頂注漿（錨索）孔使用YT28鑿巖機(jī)Φ50 mm鉆頭（或TXU-75鉆機(jī)Φ56 mm鉆頭）開孔，深度2000mm。

⑵深部使用MQT-85錨桿鉆機(jī)，配B19中空六方接長鉆桿和Φ28mm雙翼鉆頭打孔。鉆孔總深控制在（8000±30mm）內(nèi)。

⑶安裝低粘度樹脂藥卷，先放入1支K2335樹脂藥卷，然后放入2個(gè)Z2360中速樹脂藥卷。插入錨索將樹脂藥卷推至孔底。

⑷錨索下端用專用攪拌器與錨桿機(jī)相連，開機(jī)慢速攪拌，待錨索插入藥卷后快速旋轉(zhuǎn)攪拌15～20 S。停止攪拌后等待1分鐘，卸下錨桿機(jī)和攪拌器。攪拌后錨索外露長度應(yīng)控制在250mm～300mm。

⑸錨索和鋁塑管套裝封孔膠塞和止退管推至孔口，安裝拱形托盤、球墊、索具張拉錨索，錨索安裝預(yù)緊后注漿，注漿終壓4MPa～6MPa。

5 結(jié)束語

過注漿加固技術(shù)在2103二部膠帶機(jī)頭硐室的應(yīng)用，最大限度的保證圍巖穩(wěn)定性、完整性，控制圍巖變形、位移和地鼓的發(fā)展，充分發(fā)揮注漿和錨索支護(hù)的作用，有效的改善巷道底板和圍巖的狀況。

通過注漿加固技術(shù)在2103二部膠帶機(jī)頭硐室的應(yīng)用，有效的改善巷道底板的狀況，提高了其安全性，為2103二部膠帶機(jī)的運(yùn)行提供了安全的保障。

［1］巖土注漿理論與工程實(shí)踐協(xié)作組.巖土注漿理論與工程實(shí)踐［M］.北京：科學(xué)出版社，2001.

［2］劉嘉材.裂隙注漿擴(kuò)散半徑的研究［A］.水利水電科學(xué)院科學(xué)研究論文集［C］.1988.

［3］錢鳴高.劉聽成.礦山壓力及其控制［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，1991.3.

Application of Grouting Anchoring Cable in Large Section Chambers

NIU Dong1,2
(1.Taiyuan University of Technology,Taiyuan Shanxi030024；2.Chengzhuang Mine,Jincheng Coal Group,Jincheng Shanxi048021)

The drive unit chamber of the second belt conveyor in second layer of Chengzhuang mine was suffered from the dynamic mining pressure after the mining of north-south faces and the chamber floor heave affected the normal operation of the conveyor.By the analysis on its geological condition,damage mechanism and reinforcement theory,the study presents the grouting anchoring cable processing technology for floors and surrounding rocks.

grouting anchoring cable;large section chamber;reinforcement;processing technology

TD353+.9

A

1672-5050（2011）03-0066-03

2010-12-07

牛 棟（1974—），男，大學(xué)本科，工程師，從事井下生產(chǎn)技術(shù)管理工作。

徐樹文