應用注漿錨桿錨索過破碎圍巖體支護技術

劉永東

(大同煤礦集團 大斗溝煤業公司，山西 大同 037003)

馬道頭礦某工作面開采C3-5號煤層，煤層平均厚度為17 m，該工作面回風巷沿煤層底板掘進，巷道斷面為：寬×高=5.4 m×3.5 m，采用錨桿、錨索和金屬網聯合支護形式，且錨桿、錨索錨固端均在煤體中。在巷道掘至560m處揭露了橫貫工作面的一組斷層，該區域圍巖破碎嚴重，影響掘進距離約18 m，采用原有錨桿、錨索支護已經不能有效控制頂板。以往采用架設鋼棚支護形式來通過頂板破碎區域，但采用鋼棚支護單個循環時間利用率低，影響施工進度，并且后期回撤成本也較高。為了安全、快速通過破碎圍巖區域，在吸取前人經驗的基礎上[1-4]，特在該巷道掘進過破碎帶時采用注漿錨桿/索進行超前預防和后期加強支護措施，實踐證明該種施工方案可滿足支護質量要求，同時也可實現安全、快速通過圍巖破碎區域。

1 破碎圍巖控制原理

在通過圍巖破碎區域過程中，采取超前固化+跟進強化相結合方式控制圍巖。施工超前中空注漿錨桿起到兩方面作用，一是超前固化圍巖，防止圍巖在截割過程中塌落；二是注漿錨桿還可起到超前支護作用防止頂板垮落。施工中空注漿錨索跟進加強支護，使破碎頂板實現粘接加固，來充分利用圍巖自身承載能力，同時可以保證所施工的普通錨桿、錨索均有效。

2 支護材料及工器具

2.1 中空注漿錨桿

1) 中空注漿錨桿工作原理。中空注漿錨桿是將注漿和錨固功能合二為一的新型支護錨桿，錨桿注漿通過桿底部(錨頭)向孔口返漿，可實現壓力注漿，使注漿更飽滿，更好地充填裂隙，固化改良圍巖，發揮圍巖的自承載能力，從而達到良好的支護目的。

2) 中空注漿錨桿規格參數。產品規格：MZGK130-35/25，直徑25 mm，長度3 500 mm，破斷力≥130 kN，錨桿錨固力≥80 kN，托盤承載力≥80 kN，螺紋螺母承載力≥80 kN。

2.2 中空注漿錨索

1) 中空注漿錨索工作原理。通過提高注漿壓力，使漿液在充滿鉆孔、實現全長錨固的同時，向鉆孔周圍巖石裂隙中擴散，對圍巖起到粘結固化作用，實現深孔錨注。錨索索體自帶注漿芯管，采用反向注漿方式，不僅消除了產生氣穴空洞的可能，也無需再現場綁匝注漿管、排氣管以及封堵注漿孔。

2) 中空注漿錨索規格參數。公稱直徑：22 mm，錨索長度11 800 mm，樹脂錨固段長度≥1 000 mm，抗拔力240 kN，鋼絞線最大力380 kN，托盤承載力342 kN。

2.3 注錨劑

注錨劑是屬于液態高分子改性樹脂注漿產品，是由A、B組分組成，應用于井下破碎松散煤體、巖體裂隙等不良巖層注漿加固。

2.4 注漿設備

注漿設備采用ZBQS-10/10氣動注漿泵，注漿泵供給氣壓為0.4～0.7 MPa，額定氣壓為0.5 MPa，額定流量為10 L/min，額定壓力為10 MPa，混合比為1∶1，壓力比為38∶1。

3 施工方案

3.1 中空注漿錨桿超前注漿加固

為防止因頂板破碎而導致截割時頂板垮落，采取施工超前注漿錨桿固化圍巖，同時也可起到超前支護作用。超前注漿錨桿布置方式為：每排8根，排距3 000 mm，間距600 mm，共布置6排，以30°仰角打孔，孔深6 m，安裝中空注漿錨桿D25 mm×6.2 m(由于受施工場地的影響，中空注漿錨桿采用兩根D25 mm×3.1 m中間使用連接套對接，連接套尺寸為D32 mm×100 mm)，注漿材料選用加固型注錨劑，超前注漿加固可改變巷道圍巖的力學性質，滲透到巖體中的漿脈起到網絡骨架、粘結補強的作用。當注漿泵的注漿壓力在4 MPa左右時，注錨劑的擴散半徑在1～1.5 m，注漿后可提高錨桿桿體的力學性能及圍巖的整體強度2.1倍。鉆孔布置如圖1所示。

圖1 超前預注孔布置示意

3.2 中空注漿錨索跟進加強支護

施工中空注漿錨索跟進加強支護，使破碎頂板實現粘接加固，充分利用圍巖自身承載能力，同時可以保證所施工的普通錨桿、錨索均安全有效。根據中空注漿錨索的擴散半徑在1～1.5 m，將原支護設計中的部分錨桿用中空注漿錨索替代，原錨桿間排距為800 mm×900 mm，每隔一排替代3根錨桿，替代編號為2、4、6號，替代后的注漿錨索間排距為1 600 mm×1 800 mm，共布置10排。如圖2所示。

4 結 語

1) 超前中空注漿錨桿可實現圍巖的超前固化、防止掘進過程中發生頂板垮落。

2) 中空注漿錨索可粘接加固破碎頂板，保證所施工的普通錨桿和錨索均有效。

3) 與架設U29鋼棚相比，雖然施工成本基本一樣，但是節省了在回采期間回撤鋼棚成本，避免了回撤鋼棚安全風險。

4) 通過采用注漿錨桿/索支護技術，安全有效地通過了圍巖破區域，實現了安全、高效掘進，對大同礦區石炭系煤層過地質構造及圍巖破碎區提供了寶貴經驗，具有推廣使用價值。

圖2 中空注漿錨索布置示意