全斷面錨注加固技術(shù)在破碎松軟大巷中的應(yīng)用

陳意飛

（山西省陽煤集團(tuán)，山西 陽泉 045000）

·試驗(yàn)研究·

全斷面錨注加固技術(shù)在破碎松軟大巷中的應(yīng)用

陳意飛

（山西省陽煤集團(tuán)，山西 陽泉 045000）

動壓條件下破碎松軟巷道變形嚴(yán)重，難以控制的問題，是制約煤礦安全生產(chǎn)的難題之一。陽煤集團(tuán)一礦針對以上技術(shù)難題提出了29U棚+頂、幫錨索注漿+底板錨索束注漿聯(lián)合支護(hù)系統(tǒng)，在西大巷實(shí)驗(yàn)取得了較好的效果。試驗(yàn)結(jié)果表明，全斷面錨注加固支護(hù)系統(tǒng)對動壓條件下破碎松軟巷道具有很好的適應(yīng)性，達(dá)到了預(yù)期的效果，為類似條件下巷道治理提供了借鑒。

動壓條件；破碎松軟；全斷面錨注加固

1 研究背景

陽煤集團(tuán)是我國重要的無煙煤生產(chǎn)基地。近年來，隨著集團(tuán)公司各礦開采深度不斷增加，地層壓力逐漸增大，承受高應(yīng)力和受采動影響的巷道在不斷增多，這類巷道因承受高應(yīng)力和多次受動壓影響，造成巷道圍巖松軟破碎，致使巷道出現(xiàn)變形、底鼓、冒落、嚴(yán)重影響了礦井的安全生產(chǎn)。目前盡管各礦采用了29U型棚、錨索、起底等支護(hù)手段加固頂、幫和底板，但是巷道破壞依然嚴(yán)重，巷道斷面仍然不能滿足現(xiàn)場使用。

為了解決此類巷道支護(hù)困難的問題，針對陽煤集團(tuán)一礦西大巷軌道巷圍巖應(yīng)力集中、整體松軟，導(dǎo)致長期不斷地發(fā)生變形，曾經(jīng)3次整巷，但均未從根本上解決問題。根據(jù)高預(yù)應(yīng)力、高強(qiáng)度、高剛度支護(hù)加固理念，采用預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)配以圍巖注漿，解決此類巷道支護(hù)難的問題，對礦井安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益的提高具有極其重要的作用。

2 工程概況

2．1 巷道位置及相鄰關(guān)系

一礦西大巷軌道巷地表位于雙窯溝，圪拉梁以南，虎頭梁以西，老坪掌以北，地面無建筑物。井下位于北丈八井南條帶一采區(qū)放水巷以東，一采區(qū)輔助皮帶巷以西，西翼軌道大巷以南，一采區(qū)S8103工作面（已采）以北，與S8103工作面之間保護(hù)煤柱63．4 m。

巷道為沿15#煤層上方泥巖、石灰?guī)r掘進(jìn)的全巖巷道。該大巷在距井底約2 500～3 000 m（500 m范圍）段由于穿過巖層多為泥巖，巖層較軟，且受井下水的影響，導(dǎo)致巷道圍巖變形非常大，雖然經(jīng)過多次返修但仍無法控制巷道變形，嚴(yán)重影響巷道的正常使用。為此，決定在該大巷左側(cè)35m處平行重新掘進(jìn)一條改道巷，但是改道巷圍巖變形依然很大，另外受回采面動壓影響，加劇了改道巷及西大巷軌道巷圍巖變形，導(dǎo)致改道巷也無法滿足礦井的正常安全生產(chǎn)。

2．2 巷道斷面、規(guī)格及支護(hù)形式

西大巷軌道巷斷面采用直墻半圓拱形，巷道凈寬4 400 mm，凈高3 800 mm，直墻高1 500 mm。巷道基本支護(hù)形式為錨噴支護(hù)，當(dāng)圍巖破碎、壓力大時改為拱棚支護(hù)。

西大巷軌道巷平面位置見圖1。

3 巷道圍巖破壞變形分析

1）側(cè)墻內(nèi)擠。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果，西大巷軌道巷整體收斂變形很大，兩幫最大移近量達(dá)1 500 mm，側(cè)墻向內(nèi)鼓進(jìn)，出現(xiàn)縱向張裂，片幫破壞比較普遍。

圖1 西大巷軌道巷平面示意圖

2）拱頂擠碎。在側(cè)墻內(nèi)擠的同時，支護(hù)拱頂向上變成“尖桃”形或在拱心部位剪碎。其原因主要是原碹體結(jié)構(gòu)在側(cè)壓作用下拱頂上抬，空洞范圍內(nèi)不能產(chǎn)生被動抗力限制碹體變形，造成碹體在空洞范圍外側(cè)受拉，內(nèi)側(cè)受壓破壞所致。并且由于巷道頂幫巖體在水平及垂直應(yīng)力作用下剪切破壞，并在滑移及轉(zhuǎn)動過程中迫使頂板相鄰巖體轉(zhuǎn)動失穩(wěn)，巷道形成“尖頂”形，這也是巷道水平應(yīng)力大于垂直應(yīng)力的表現(xiàn)。

3）巷道底鼓。巷道底板在頂板和兩幫圍巖的擠壓作用下，產(chǎn)生了壓模效應(yīng)。至2011年3月，西大巷軌道巷局部累計(jì)底臌量達(dá)2 000 mm以上，原因主要有三個：a）二次應(yīng)力分布過程中圍巖應(yīng)力水平增高，其余三個方向是有支護(hù)的，底板是“弱面”。b）底板為泥巖和煤，有膨脹性，且區(qū)域水量豐富。c）受采動影響較大。

4 錨注加固機(jī)理

錨注加固支護(hù)技術(shù)綜合了錨索加固技術(shù)和注漿加固技術(shù)的所有優(yōu)點(diǎn)，其錨注加固機(jī)理主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1）與傳統(tǒng)錨噴支護(hù)作用原理相比，漿液充填到巖石塊間的孔隙之中，使破碎巖石塊重新膠結(jié)成一體，從而提高了巖體的整體強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

2）在錨注加固支護(hù)體系中，由于漿液能夠與巖體及錨桿全面接觸，將桿體與鉆孔間隙、周圍巖體的縫隙全部充填滿，從而形成“網(wǎng)絡(luò)”效應(yīng)，使錨桿受力傳遞的可靠性和連續(xù)性得以充分保障。并通過漿液將力傳遞到圍巖之中，全面提高了圍巖的自身承載力。

3）注漿后，桿體與外部的聯(lián)系全部中斷，徹底阻止了銹蝕反應(yīng)，從而保證了錨桿的長期錨固能力。

4）在錨桿、錨索和漿液的共同作用下，注漿范圍內(nèi)的所有巖石被膠結(jié)加固成一個整體，保護(hù)著整條巷道的自由空間。

5）底板十幾米深的高強(qiáng)錨索束與底板梁組合將底板軟巖牢牢封閉起來并施加強(qiáng)大的作用力控制底臌的發(fā)生。

5 工業(yè)性試驗(yàn)情況

西大巷軌道巷全斷面錨注加固從2012年9月5日開始施工，至2013年6月12日完工，共錨注加固巷道435 m。

5．1 全斷面錨注加固治理技術(shù)加固方案

1）首先按設(shè)計(jì)巷道斷面進(jìn)行整修并采用29U棚進(jìn)行支護(hù)，然后對巷道頂幫進(jìn)行噴砼，噴砼厚不小于100 mm。

2）對巷道頂、幫進(jìn)行淺孔水泥-水玻璃注漿，充填巷道壁后空間同時對巷道圍巖淺部破碎圍巖進(jìn)行注漿加固。

3）實(shí)施頂、幫錨索，并利用錨索孔對巷道頂、幫深部進(jìn)行化學(xué)注漿，加固圍巖深部巖層，同時實(shí)現(xiàn)頂幫錨索全長錨固。

4）實(shí)施底板組合錨索束及底板注漿加固。

5．2 支護(hù)形式及參數(shù)

1）頂、幫錨索布置及參數(shù)。

錨索規(guī)格：d17．8 mm×7 300 mm。錨索布置方式：每排錨索布置于兩排注漿孔之間，排距1．8 m，每排布置7根錨索，其中頂板正中1根，兩肩各1根；兩幫各2根。頂、幫錨索布置示意圖見圖2。

2）底板錨索布置及參數(shù)。

組合錨索束結(jié)構(gòu)采用水泥固結(jié)式組合錨索束，每根組合錨索束由3根d17．8 mm×12 500 mm鋼絞線組成，頭部配有導(dǎo)向帽，上部有組合托盤和三孔鎖具。錨索束結(jié)構(gòu)示意圖見圖3。

圖2 頂、幫錨索布置示意圖

圖3 錨索束結(jié)構(gòu)示意圖

底板組合錨索束布置方式。底板組合錨索束每排3根，排距2．0 m，底板錨索束布置剖面圖見圖4。

5．3 錨注加固施工工藝

1）鉆孔施工機(jī)具。頂幫淺部注漿孔施工采用7655風(fēng)鉆配B22鉆桿。頂幫錨索孔施工采用風(fēng)動錨桿鉆機(jī)配B19鉆桿。底板錨索束施工采用型號為MKQJ90／25架柱式潛孔鉆機(jī)配d50 mm鉆桿。

2）注漿施工。水泥注漿系統(tǒng)采用雙液注漿系統(tǒng)，主要設(shè)備有ZBQ-15／6氣動雙液注漿泵、水泥攪漿機(jī)、儲漿池、吸漿桶等。化學(xué)注漿系統(tǒng)采用ZBQ-5／11氣動雙液注漿泵及d10 mm高壓膠管輸漿管路。注漿主要工序：氣動機(jī)械制漿→高壓膠管輸送→雙液注漿→清洗泵腔和管路。

圖4 底板錨索束布置剖面圖

6 西大巷軌道巷治理前后效果對比

西大巷軌道巷在整修前，巷道變形嚴(yán)重，已經(jīng)嚴(yán)重影響了巷道的正常使用。全斷面錨注加固后，巷道斷面得到了保證，且增加了巷道整體的穩(wěn)定性。

為了驗(yàn)證加固效果，同時也為了掌握西大巷軌道巷全斷面錨注加固后的圍巖變形情況，對試驗(yàn)段安設(shè)了5組礦壓觀測站，每組由3個頂板離層儀和1個底板錨索測力計(jì)組成。經(jīng)過3個月的礦壓位移監(jiān)測，頂板最大下沉量15．5 mm，兩幫最大位移量20 mm，從觀測數(shù)據(jù)可知，巷道的頂板、兩幫和底鼓量很小，不影響巷道的正常使用。

7 結(jié) 論

針對一礦西大巷軌道巷工程地質(zhì)條件，提出了全斷面錨注加固治理方案，通過3個月的礦壓位移監(jiān)測，巷道頂部、兩幫及底鼓量變形都小，頂板最大下沉量15．5 mm，兩幫最大位移量20 mm，而且從根本上解決了巷道返修頻繁的問題。說明采用29U棚+頂、幫錨索注漿+底板錨索束注漿治理受采動影響的破碎松軟大巷，不僅技術(shù)上可行，而且試驗(yàn)現(xiàn)場治理效果明顯，因此可為類似條件下的破碎松軟大巷提供借鑒。

Application on Whole Section Bolting and Grouting Reinforcement Technique in Broken Loose and Soft Roadway

Chen Yi-fei

Under the conditions of dynamic pressure broken loose and soft roadway deformation is serious，it is difficult to control and is one of the problems of restricting coal mine safety production．Yangquan coal group No．1 coal mine in view of the above technical problems puts forward 29U shed+roof，side anchor grouting+floor anchor beam grouting combined support system，and good results have been achieved in the west roadway experiment．The test results show that whole section bolting and grouting reinforcement system under the condition of dynamic pressure in broken loose and soft roadway has good adaptability，achieve the expected effect，provides the reference for similar tunnel governance．

Dynamic pressure conditions；Broken loose and soft；Whole section bolting and grouting reinforcement

TD353

B

1672-0652（2013）10-0015-03

2013-07-20

陳意飛（1981—），男，湖北英山人，2013年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(xué)，碩士研究生，工程師，主要從事煤炭生產(chǎn)技術(shù)管理工作（E-mail）826509408＠qq．com