中空注漿錨索配合FSS化學漿支護在過斷層中的應用

馮海麗

（潞安環能股份公司 王莊煤礦，山西 長治 046031）

1 支護技術概況

在過特殊地質構造段時，有錨索被拉斷、退錨等現象。中空注漿錨索通過對普通錨索索體增加注漿芯管和改進錨索索具結構實現錨固、索具預緊和注漿的一體化。目前，注漿加固按使用材料分為兩種：一種是顆料型無機（水泥類）漿材；一種是純液態有機化學漿材。FSS為兩種純液態化學漿的混合，混合漿能在注入煤巖層破碎帶或斷層破碎帶的煤巖體裂隙后迅速凝結，將松散、破碎的煤巖體膠結在一起，可比傳統的注水泥漿加固效果更為明顯。

1.1 注漿錨索

1）注漿錨索結構。錨索采用新型中空結構，中空管兼做注漿管。錨索索體采用高強度螺旋肋預應力鋼絲編絞而成,鋼絞線的主要特點是將壓延拉拔工藝處理后的半成品經過一次塑性變形拉拔。索具采用錨索瓦片鎖具，配備油壓張拉千斤頂進行張拉，保證了錨索的初始錨固力，不至于在頂板來壓時出現退錨現象。中空注漿錨索主要技術參數如表1所示。

2）注漿錨索支護機理。將錨索的支護作用與注漿加固的作用組合起來，共同作用于巷道圍巖，漿液滲透到鉆孔周圍較大范圍的煤巖體中，對出現松動的煤巖體產生粘結固化作用，從而改善圍巖的整體性，提高煤巖體的自撐能力，從而大大改善巷道支護效果。

3）注漿錨索特點。研究表明，采用高強度螺旋肋預應力鋼絲制成的錨索，錨固強度要比普通錨索提高15%以上，錨固延性可提高25%以上。再者，注漿錨索漿液凝結后能提高巖體內聚力、內摩擦角、彈性模量，能為桿體提供可靠的著力點，有效地提高圍巖的自身強度。漿液可以封堵圍巖裂隙、隔絕空氣、防止圍巖風化，并能防止圍巖被水浸濕而降低圍巖本身強度。注漿后能使作用在頂板上的垂直載荷有效地傳遞到兩幫，同時由于組合拱厚度的加大，又能減小作用在底板上的荷載集中度，從而減小底板的應力集中。

表1 中空注漿錨索主要技術參數

1.2 FSS化學漿

1.2.1 FSS加固原理

FSS化學加固材料是由A、B兩種液態成份組成，以體積比1：1混合后的化學漿在泵壓的作用下，注入斷層破碎帶的煤巖體裂隙中，漿液會形成以擴散孔口為中心，呈球型樹根狀向四周滲透和擴散，并靠材料自身發泡、膨脹的推動下，滲透到圍巖的深部微細裂隙內，漿料化學膠凝后將松散煤巖體膠結在一起，起到擠壓充填、粘接補強的作用，并有一定塑性變形能力。FSS化學加固材料主要性能指標如表2所示。

表2 FSS化學加固材料主要性能指標

1.2.2 FSS化學漿與傳統水泥漿的比較

相比傳統水泥漿，FSS化學漿具有以下優點：①水泥漿水灰比太高，現場施工時用水量為水泥重量的50～60%，多余的水在水泥凝結中形成大量的孔隙和氣泡，導致水泥硬化后強度下降。FSS化學漿為A、B化學產物，不會產生多余水分。②水泥漿流動性和可泵性差，注漿阻力大，對注漿泵、風壓要求較高。FSS化學漿為兩種液態料，注漿泵站壓力5MPa，就能達到要求。③水泥漿粒度大，漿液難以注入細小裂隙或孔隙中，擴散半徑小,并在攪拌過程中容易離析和沉淀。注射FSS化學漿擴散半徑大，充填效果好。

2 現場應用及效果分析

圖1 巷道布置平、剖面示意圖（/mm）

1）工程原有概況。某礦南翼東回風大巷掘進中揭露Fw107正斷層，斷層走向北偏東55°，傾角∠35°，H=3.5m，斷層示意圖見圖1。巷道原支護采用錨網索噴+梯子梁支護。通過Fw107斷層期間，在原設計基礎上對斷層前后20m范圍內，架設一梁三柱木板棚補強加固，棚梁大板規格長×寬×厚為5500 mm×200×200mm，棚腿圓木規格φ200mm×4000 m，棚間距1000mm。南翼東回風大巷原支護參數見表3，原支護斷面示意圖見圖2。巷道施工至斷層前15m時，頂板圍巖開始明顯破碎。施工過斷層面20 m時，巷道頂板出現明顯下沉，架設的木棚伴有大板開裂、棚腿傾斜現象，離層儀進入紅區等說明原支護設計不能滿足支護要求。

2）支護參數調整。要在斷層面前后40 m范圍內補打注漿錨索，錨索規格φ22 mm×8 300 mm，3/4交叉布置，間排距1 400 mm×1 600 mm，均勻分布在原有兩排錨索之間，錨固力不小于200 kN，每根錨索使用一支K2335+兩支Z2360樹脂錨固劑，每打設30根錨索集中注FSS化學漿一次。

表3 南翼回風東大巷原支護參數一覽表

圖2 南翼東回風大巷巷道斷面支護示意圖（/mm）

3）應用效果。利用注漿錨索加固，錨索中上部的漿液能夠深入巖層較深破碎帶，較高強度的錨索索體使斷層面以下的煤巖牢牢地懸吊在斷層上方巖層上。與傳統的錨網索噴+梯子梁支護相比，錨索注漿支護技術能將破碎圍巖膠凝成一個穩定的整體，達到有效支護目的，有效地控制了圍巖變形，抑制了頂板下沉，具有明顯支護效果。注漿加固前、后的巷道圍巖變形監測圖，見圖3和圖4。

圖3 注漿前巷道圍巖變形監測圖

圖4 注漿后巷道圍巖變形監測圖

3 結束語

錨網索噴+梯子梁支護在遇到地質構造支護效果很差時，通過基于FSS化學材料的錨固注漿錨索支護技術形成的新型支護體系在支護效果、施工速度、施工難度等方面有著明顯優勢，實現了頂板的整體性、穩定性，錨固頂板的厚巖梁結構力學性能得到了充分發揮，有效控制了頂板下沉，能為今后掘進巷道過易破碎大斷層提供新思路、新方法。

[1]侯朝炯，郭勵生，勾攀峰，等.煤巷錨桿支護[M].徐州：中國礦業大學出版社，1999.

[2]劉志勇，秦榮宏，高厚明，等.煤巷掘進過斷層方法[J].煤礦安全，2002.33（4）：15-16.

[3]張燦，趙宏志.高瓦斯條件下過斷層技術及其應用[J].能源技術與管理，2005(2)：25-26.