軟巖支護錨桿錨固力與圍巖強度相關性研究

馬騰

（新汶礦業集團（伊犁）能源開發有限責任公司一礦，新疆伊寧 835000）

軟巖支護錨桿錨固力與圍巖強度相關性研究

馬騰

（新汶礦業集團（伊犁）能源開發有限責任公司一礦，新疆伊寧 835000）

本研究主要是針對伊南礦區某礦井正在施工3層煤輔助、膠帶、回風三條下山，通過分析錨桿支護與圍巖強度機理，提出支護改革措施，優化現場施工工藝，保證現場施工安全，提高施工效率。本文結合井下已掘巷道支護形式進一步提出了優化方案并在現場實施，通過前后巷道支護質量及巷道來壓后巷道變形比較，得出適合本礦實際的支護形式。同時，積累伊犁礦區支護參數，為其他礦井開發建設提供直接參考資料。

軟巖 支護 錨桿錨固力 圍巖強度

1　主要研究內容

（1）通過在同一巷道進行不同型號錨桿支護試驗，可以測出在相同強度圍巖下巷道的變形情況及錨桿對巷道的支護效果。（2）在同一圍巖強度下，施加不同直徑錨桿鉆孔和錨固劑，可以測得在該圍巖強度下有效控制巷道變形的最佳錨固力。（3）巷道在超挖或者片幫嚴重情況下，在煤壁與錨桿托盤間施作混凝土墊塊，或者雙網雙抗結構，可有效的防止錨桿錨固力削減。

2　研究目標

研究軟巖支護錨桿錨固力與圍巖強度相關性，可以根據不同巷道的巖體強度，施加不同的錨固力，以對巷道變形達到最佳的控制效果。為礦井支護和后期巷道安全維護提供科學依據。

3　技術關鍵

（1）下山掘進迎頭易發生積水，造成巖石膨脹，泥化，影響綜掘機施工，對人員施工也造成困難，應解決迎頭積水問題。（2）巷道斷面大，掘進過程中兩幫易發生片幫，對人員安全造成威脅。（3）圍巖穩定性差，底板巖石遇水膨脹易發生底臌造成巷道變形失穩。

4　技術經濟指標

（1）原巷道平均施工速度提高30%以上。（2）工程質量滿足設計要求，質量合格。（3）形成一套完整的錨桿支護施工工藝，施工技術及研究達到國內領先水平。

5　達到的技術水平

弱膠結軟巖是在我國西部礦區白堊系、侏羅系地層中廣泛存在的一類特殊軟巖。由于其強度低、巖石顆粒之間的膠結物黏聚力小、巖石取芯率低、試驗難度大，所以研究成果非常少。本研究針對該礦井下巷道支護中的實際問題，采用理論分析與現場實際，提出經濟合理安全可靠的支護方法；同時提出合理施工工藝，確保巷道施工安全。

6　經濟、社會效益及推廣應用的前景

（1）通過支護工藝改革，大大提高巷道的安全性和穩定性，保證工程質量及現場安全。（2）優化了施工工藝，提高掘進速度、降低成本。（3）由于支護結構可靠，有效減少巷道變形，避免巷道翻修，節約了巨額的維修費用。（4）高應力煤巷在我國西部礦區廣泛分布，隨著西部煤礦建設和生產的發展，巷道底鼓、片幫顯現將會越來越頻繁和越來越嚴重，所以本研究成果有廣泛的應用前景。

7　采用的研究、實驗方法和技術路線

7.1確定合理錨桿選型

該礦原巷道支護采用Φ20*2200等強螺紋鋼式錨桿，后期優化為采用Φ20*2200熱軋細牙等強螺紋鋼式樹脂錨桿。通過使用Φ 20*2200熱軋細牙等強螺紋鋼式樹脂錨桿后，同一區域巷道支護后變形較原錨桿有了明顯減少，但隨著巷道不斷延深，巷道掘進至深部后巷道變形逐漸增大。針對這一現象巷道支護過程中對巷道頂板錨桿再次進行了優化，采用Φ20*2400錨桿。通過對同區段支護效果對比，頂板及肩窩處變形有了顯著改善。

7.2錨桿支護“三徑匹配”

錨桿支護“三徑匹配”是指鉆孔直徑、錨桿直徑、錨固劑直徑“三徑”之間的最佳配合，從而使錨桿支護結構整體達到最佳的支護狀態。綜合分析研究結果及實踐經驗證明：錨桿直徑對于是否能夠有效充分地均勻攪拌樹脂藥卷以及錨桿是否能夠順利安裝起著非常關鍵的作用。鉆孔直徑與錨桿直徑之差在6-10mm之間時，可以獲得較大的錨固力和較好的支護效果；樹脂錨固劑直徑應比鉆孔直徑小3-6mm。

7.3增加截割破碎區支護強度

該礦掘進過程中巷道壓力大，煤層破碎嚴重。巷道原施工過程中前期為采用“雙盤雙帽”法進行支護，即錨桿支護過程中第一層錨盤與螺帽將錨桿錨固至緊貼巖面，空幫（肩窩）處充填碎煤塊，外部第二層錨盤與螺帽將錨網與充填面壓緊密實。后期采用“雙層網”法進行支護，即巷道截割完支護時將錨網直接錨緊至緊貼巖面，然后對空幫嚴重處進行二次掛網固定保證巷道成型，對兩層網間空幫部分不再采用充填碎煤塊而是直接噴漿噴實。

以上兩種方式施工一段時間后綜合兩種方法優缺點進一步優化為對漲幫、漏頂部分采用水泥砌塊配合廢舊皮帶、W鋼帶墊壓到錨盤下，提高了巷道預緊力、節省了材料，同時也消除了充填碎煤塊存在的煤自燃隱患。

8　項目的研究意義

8.1具有重大的工程應用價值

揭示該礦“震頂”和“底鼓”生產機理、探索顯現規律、評估災害等級、尋找治理措施，提出經濟合理安全可靠的支護方法，解決該礦當前遇到的“震頂”和“底鼓”兩個巷道掘進中的難題；同時為本礦后續可能顯現更加嚴重的“震頂”和“底鼓”現象或災害的防治提供理論依據和基本方法，確保巷道施工和運營的安全。可見，本研究成果不論在當前礦井建設期間還是將來的礦井投產期間都具有重大的應用價值，帶來重大的經濟效益和安全效益。

8.2具有深遠的理論價值

伊犁礦區地層屬于弱膠結軟巖，這是在我國西部礦區白堊系、侏羅系地層中廣泛存在的一類特殊軟巖。由于西部特殊的成巖環境和沉積過程，形成了其獨特的物理力學性質。其典型特征是強度低、膠結差、易風化、遇水泥化。力學性質不穩定、本構關系非常復雜，干燥或天然無水狀態下屬于巖石；遇水后易崩解，隨著含水量的增加逐漸向土體性質轉移，在飽和狀態下有的甚至就變成泥砂土。正由于其強度低、巖石顆粒之間的膠結物黏聚力小、巖石取芯率低、試驗難度大，所以研究成果非常很少。

因為對弱膠結軟巖的力學性質、變形規律、破壞機理開挖擾動力響應等特性研究很少，遠遠滿足不了工程建設的要求。因此，這類軟巖巷道的開挖、支護設計缺乏理論依據，經常出現冒頂、塌方事故，嚴重威脅生產安全，巷道建設成本和維護成本大幅度上升，這是我國煤礦西部開發中遇到的新難題。

馬騰（1986—），男，山東新泰人，新汶礦業集團（伊犁）能源開發有限責任公司一礦安全調度室副主任，助理工程師，主要從事礦井建設工作。