破碎圍巖巷道注漿錨索支護技術應用

文/張殿振 顏 磊

破碎圍巖巷道注漿錨索支護技術應用

文/張殿振 顏 磊

煤礦巷道托頂煤、復合頂板、過老巷等頂板維護較為困難，尤其受采動影響的巷道、軟弱巖層和破碎帶，由于巷道位于不穩定巖體中，巷道圍巖的“擠、壓、鼓”現象更為嚴重，使得圍巖強度和穩定性差，采用常規的錨桿、錨索進行支護，支護效果不理想，后期需擴修復棚加固，綜合投入較大。2016年，山東能源新礦集團孫村煤礦分別在 2416回風巷、2420運輸巷、21122回風巷、2216運輸巷等地點對注漿錨索支護技術進行工業性試驗，截至10月份，累計使用注漿錨索16026套，支護巷道 15610米。該技術代替了普通錨索+架棚支護方式，一次支護一次成型，節約了二次支護和補強支護的成本，實現本質安全型支護，總體效果顯著。

一、原巷道支護方式及缺陷

1．原來巷道采用錨網帶支護配合普通錨索加固，隨著壓力增加，巷道頂幫移近量較大，最后復棚加固。

2．巷道托頂煤、過斷層施工時前后5米復棚加固。

3．復棚加固成本較高，復棚時打破正常生產組織，降低了施工效率。

二、注漿錨索支護技術原理

1．采用注漿錨索注漿，可以利用漿液封堵圍巖裂隙，隔絕空氣，防止圍巖風化，且能防止圍巖被水浸濕而降低圍巖本身強度。

2．和普通錨索有著相同的施工安裝工藝，注漿錨索核心技術就是注漿二次加固，利用高壓泵，把破碎圍巖的縫隙和孔體充實；注漿后漿液將松散破碎的圍巖膠結成整體，提高了巖體強度和內聚力、內摩擦角及彈性模量，從而提高了巖體強度，可以實現利用圍巖本身作為支護結構的一部分，且與原巖形成一個整體，使巷道保持穩定而不易破壞。

3．利用注漿錨索注漿充填圍巖裂隙，配合錨網支護，可以形成一個多層有效組合拱，即錨網組合拱、錨桿壓縮區組合拱及漿液擴散加固拱，從而擴大了支護結構的有效承載范圍,提高了支護結構的整體性和承載能力。

4．注漿后使得作用在頂板上的垂直載荷能有效地傳遞到兩幫，通過對幫的加固，又能把荷載傳遞到底板；同時由于組合拱厚度的加大使得作用在底板上的荷載集中度降低，從而減小底板巖石中的應力，減弱底板的塑性變形，減輕底臌；且底板的穩定，有助于兩幫的穩定，在底板及兩幫穩定的情況下，又能保持頂板的穩定。

三、注漿錨索支護工藝要點

1.布置方式

注漿錨索布置方式可根據頂板巖性不穩定程度，選擇不同布置方式。復合頂板、托頂煤、過斷層以及壓力區施工可選擇 “一排錨桿+一排錨索”，頂板破碎離層嚴重頂板可采用全錨索支護。

2.注意事項

（1）嚴格按照步驟安裝止漿塞，利用推管將止漿塞送到指定位置，擠壓止漿塞，止漿塞變形變粗與孔壁接觸緊密，起到防止漏漿效果。

（2）注漿漿體采用32.5MP普通硅酸鹽水泥，水灰比1∶1.5，漿液中摻加ACZ-1水泥注漿添加劑，添加量為水泥重量的8%。水泥注漿添加劑具有早強劑、超塑化劑、微膨脹成分等，使水泥基錨注加固注漿材料具有較好的早強與高強、自流態、微膨脹和耐久性等優良性能，從而改善錨注加固的效果。

（3）注漿方式根據頂板破碎程度而定，可以當班安裝當班注漿，也可滯后注漿。

四、注漿錨索使用效果

1.支護效果

為進一步驗證支護效果，分別在孫村煤礦2416回風巷、2420運輸巷設點檢測，對注漿錨索支護與普通錨網索支護及復棚加固等支護效果進行對比分析。頂板離層情況使用頂板離層儀測試，頂底板移近量與兩幫移近量采用 “十字”測點法測試，檢測總移近量，結果見表1、表2。

表1 2416回風巷觀測總的移近量數據整理表

表2 2420運輸巷觀測總的移近量數據整理表

通過對觀測數據對比分析可知：

2416回風巷使用注漿錨索，相比普通錨網索支護，頂底板移近量降低80%，兩幫移近量降低了62.5%。相比復棚加固，頂底板移近量降低73.5%，兩幫移近量降低了62.5%。

2420運輸巷使用注漿錨索，相比普通錨網索支護，頂底板移近量降低84%，兩幫移近量降低了76.2%。相比復棚加固，頂底板移近量降低80.6%，兩幫移近量降低了75.6%。

綜合數據分析，使用注漿錨索加固后，對頂板加固效果明顯，頂板圍巖穩定，整體力學性能顯現，減少了兩幫水平應力，使巷道整體變形降低達到70%左右，效果明顯。

2．經濟效益

錨桿支護巷道采用注漿錨索加固，一般按間隔一排布置3根錨索支護；采用復棚加固，則按照每兩排復一架棚。按注漿錨索每套172.65元，平均每根錨索注1袋水泥，每袋水泥15元,工字鋼棚每架1200元，半圓木每根 12元，每架棚用半圓木15根，則每兩排減少費用為：(1200+12×15)-(172.65+15) ×3=817.05元。

由此可見，采用注漿錨索加固比采用復棚加固費用大大降低，減少了整體支護成本。

3．人工工效

采用復棚加固方式，巷道斷面往往需要改變；同時，施工人員抬運棚、挖腿窩、穿頂腰幫并固定棚，需要人員多，施工工序較復雜。而采用注漿錨索加固，因注漿錨索施工工藝與錨桿施工工藝相同，雖增加了注漿，工序相對簡單，需用人員少。另外，原來深部破碎圍巖施工，巷道后期修復臥底工作量大，使用人員多。注漿錨索注漿加固形成二次加固，巷道變形量大幅下降，巷道不再進行修復，減少了后期工作量，提高了人工工效。

五、結語

1．孫村煤礦分別通過在2416回風巷、2420運輸巷等地點對注漿錨索支護技術進行工業性試驗結果表明，該技術代替了普通錨索+架棚支護方式，一次支護一次成型，節約了二次支護和補強支護的成本，提高了支護強度，總體效果顯著。

2.今年以來，孫村煤礦支護成本降低30%，綜合單進提高近1/4，人均進尺同比提高5%。目前注漿錨索已申請國家專利，取得了煤安標志，并成立了注漿錨索廠，具備了產業化運作、批量化生產的條件，為大面積推廣奠定了基礎。

（作者單位：山東能源新礦集團孫村煤礦）

（責任編輯：龐永厚）