深井軟巖巷道全錨技術研究與應用

沈曰勇 王傳振

摘 要 目前協莊煤礦已延深至-1100m水平，最大開采深度已達1300m，因開挖深度深，產生深部高應力、復合頂板的煤巷，現場不同程度出現斷錨桿、撕裂鋼帶、頂板下沉網兜甚至是冒頂等諸多影響安全性、經濟效益的現象，常規的支護形式已難以有效地維護圍巖端頭錨固時，將導致支護結構失效。本文主要論述了，全長錨固從增大錨桿與錨孔之間的摩擦力，支護剛度加大，等有利方面阻止巖層發生滑動，保證支護效果。

關鍵詞 深部巷道；中、慢速樹脂錨固劑；水泥砂漿；全長錨固

前言

新汶礦業集團協莊煤礦深部軟巖巷道變形特征日益明顯，主要集中在以下幾方面：

（1）深部應力變化顯著。采場向深部轉移，隨著埋深的增加，深部地應力越來越大。淺部最大水平主應力16.07MPa，垂直應力3.5 MPa。而深部最大水平主應力為39.77MPa，垂直應力達30.48 MPa。

（2）構造影響加劇。在深部構造應力作用下圍巖整體性變差，造成頂板下沉、底板鼓起、兩幫顯著移近。

（3）工作面采動影響范圍加大。

（4）支護失效現象突出。深部巷道大都采用端頭錨固形式。一是導致桿體受到剪切破壞；二是導致整個錨桿支護失效。

1 全長錨固技術研究

全錨支護能夠增強圍巖穩定性，但目前未得到大范圍推廣，主要有兩方面制約因素：

（1）全部采用樹脂錨固劑，由于錨桿快速旋進的過程中將要產生大量熱量，錨固劑溫度將會迅速升高，加快了錨固劑的凝結時間，從而在錨桿還沒有完全投入的情況下，錨固劑已經凝結，因而難以實現全長錨固。

（2）全部使用水泥錨固劑，由于水泥錨固劑凝結時間較長，安裝后不能立即施加預緊力，起不到及時強化圍巖的作用。

1.1 全錨理論研究

端錨支護時，桿體各部位的應力和應變相等。在錨固范圍內，任何部位巖層的離層都均勻地分散到整個桿體的長度上。然而，全長錨固時桿體與鉆孔孔壁黏結在一起，使錨桿隨著巖層移動承受拉力；應力、應變沿錨桿長度方向分布不均勻，桿體受力對圍巖變形和離層很敏感，當巖層發生錯動時，與桿體共同起抗剪作用，阻止巖層發生滑動，全錨支護共同作用于整個巖體，支護效果能實現質的提升。當圍巖發生離層時，靠摩擦力錨桿能夠快速增阻，有效地結合了圍巖自身的強度，提高了錨桿的錨固效果，增強了圍巖的穩定性，具有良好的錨固效應。同時配合使用注漿錨索施工工藝，通過注漿錨索漿液在高壓作用下，向鉆孔周圍巖體內的裂隙和空隙中擴散，對巖體產生注漿加固作用，構建均質支護體，可減小巷道周圍的破碎區、塑性區范圍和巷道表面位移，控制圍巖破碎區、塑性區的發展，從而有利于巷道圍巖的穩定。

1.2 全長錨固支護實施

在錨固端頭應用中、慢速樹脂錨固劑，充分發揮樹脂錨固劑 “固化時間快、強度增長快、強度高 ”的特性；在錨固拉伸段應用快硬砂漿水泥錨固劑，能夠實現快速全錨。

該錨固方式采用“兩塊樹脂錨固劑+水泥砂漿錨固劑+半塊樹脂錨固劑”的裝配方式，在錨固端頭應用中、慢速樹脂錨固劑，能夠起到快速安裝和快速凝固的效果，在中間應用水泥砂漿錨固劑，易于實現全錨，最后采用樹脂錨固劑以起到封孔、限位作用。

采用中、慢速樹脂錨固劑配砂漿快硬錨固劑的全長錨固方式較單純的樹脂錨固劑加長錨方式無論在全巖抑或是半煤巖巷道中均體現出錨固性能優勢，全長錨固明顯降低了巷道表面位移量及位移速度，采用快硬高強水泥砂漿錨固劑，在錨桿安裝過程中加速了水泥砂漿錨固劑的水析，減少了錨桿安裝阻力，實現了全長錨固。

2 全長錨固工業試驗

2.1 全錨支護具體實施步驟

（1）快硬高強水泥砂漿藥卷浸水

快硬高強水泥砂漿藥卷浸水前，對每個快硬高強水泥砂漿藥卷都要進行檢查。質量合格的快硬高強水泥砂漿藥卷質地松軟。要嚴格控制浸水時間或用肉眼觀察水中氣泡情況決定，當水中不冒泡浸泡40s左右，便可從水中取出水泥藥卷晾干。

（2）裝快硬高強水泥砂漿藥卷前檢查眼孔是否合格。錨桿眼檢查合格后，將樹脂錨固劑和浸過水的快硬高強水泥砂漿藥卷分別送到相應位置，每放一塊錨固劑，均要用炮桿將眼中藥卷倒實。

（3）用風動錨頭連接錨桿安裝器使桿體推進，攪拌底部樹脂錨固劑時，旋轉時間不少于40s。

2.2 礦壓觀測

（1）觀測目的和任務

為配合快硬高強水泥砂漿藥卷的試驗應用，分析圍巖變形破壞機理，決定在試驗地點進行快硬高強水泥砂漿藥卷與樹脂藥卷對比礦壓觀測，觀測項目為巷道表面位移觀測。

（2）觀測項目及方法

表面位移的觀測：在樹脂藥卷試驗段及樹脂錨固劑配快硬高強水泥砂漿藥卷段均采用“十字布點法”，分別在巷道頂、幫同一斷面打設一組深400～500mm、直徑32mm的鉆孔，并在孔中安設木塞，以木塞上鐵釘作為測量的觀測基準點，對應1#、2#測站。

（3）觀測數據整理

1#、2#測站巷道表面位移觀測數據如下所示：

1#測站73天，得到34組數據，兩幫及頂底板的位移量分別為68mm、162mm。上幫OB變化量為35mm，下幫OA為33mm，頂板下沉31mm，底鼓131mm。兩幫變化速度為0.93mm/天，頂底變化速度為2.22mm/天。其中14天中，兩幫移近51mm，上幫OB變化26mm，下幫變化25mm，兩幫移近速度為3.64mm/天，上幫移近速度為1.86mm/天，下幫移近速度為1.79mm/天。

2#測站17天共收集到30組數據，兩幫及頂底板的位移量分別為46mm、78mm。上幫OB變化量為26mm，下幫OA變化量為20mm。巷道頂板下沉26mm、底鼓52mm。頂底板變化，頂底板移近29mm，頂板下沉9mm，底板變化20mm。

由以上數據可知，1#觀測站在兩幫及頂底板的位移量（68mm、162mm）較2#觀測站（46mm、78mm）變化明顯， 2#測站變化量及變化速度均小于1#測站。因此采用快硬高強水泥砂漿錨固劑與樹脂錨固劑配合的全錨支護技術在圍巖控制方面效果顯著。

3 結束語

（1）全長錨固桿體能夠依靠與圍巖的摩擦力快速增阻，全錨有效地結合了圍巖自身的強度，使得錨桿與圍巖的耦合更加合理有效，提高了錨桿的錨固效果，增強了圍巖的穩定性，具有良好的錨固效應。

（2）采用巷道全錨技術增強了巖面間的抗剪能力，減少巖層間的錯動，提高頂板穩定性，能有效減少漿皮開裂、巷道底鼓等現象，取得了較好的技術、安全經濟效益，保證了礦井服務年限。

作者簡介

沈曰勇（1973-），男，山東省泰安市人；職稱：助理工程師，現就職單位：山東能源新汶礦業集團有限責任公司，研究方向：礦井采掘生產技術管理。