大斷面軟巖巷道高強錨注支護技術研究

王立強 和盧斌

（1.晉城煤業集團晉圣三溝鑫都煤業，山西 晉城 048000；2.晉城煤業集團生產技術處，山西 晉城 048000）

趙莊煤礦地質構造復雜，頂板破碎，頂板砂巖裂隙水弱化，煤層強度低，節理、裂隙發育，且煤質較軟。所用巷道均沿煤層全高掘進，采用大矩形斷面，掘進斷面尺寸5.7×4.5m，掘進斷面面積25.65m2。煤層上下部較軟、中部較硬，煤體平均單軸抗壓強度范圍為2.9～15.4MPa，普遍疏松質軟。巷道絕大部分存在冒頂、片幫和底鼓等復合型破壞，加劇了巷道維護的難度。為提高支護質量、改善圍巖體力學性能、保證巷道穩定性，在巷道掘進初次支護后提出采用高強錨注支護對巷道進行二次加固。

1 高強錨注支護機理

中空注漿錨索為核心的深孔強力錨注技術對大范圍圍巖的錨注加固，主要采用高強度中空錨索、高注漿壓力和高強抗縮性注漿材料。中空注漿錨索采用小孔徑安裝、普通錨桿機施工。先采用樹脂藥卷進行錨固，及時張拉預緊，再進行注漿，實現全長錨固。

中空錨注錨索先用樹脂進行端錨，張拉預緊后通過錨索內芯管進行反向注漿，使漿液充滿錨索索體與鉆孔孔壁之間的空隙，實現了由樹脂端錨變成全長錨固，漿液在注漿壓力的作用下向巷道圍巖內擴散。

在地應力作用下，巷道圍巖遭到破壞通常表現為沿層面或破裂面發生錯動，從而對錨桿或錨索產生剪切作用。全長錨固的錨固力較高，且具有很高的抗剪能力，見圖1。

圖1 注漿錨索進行的剪切試驗

試驗結論如下，未注漿的鋼絞線的抗剪力約為其破斷力的0.7倍，而通過剪切試驗即將水泥漿注入混凝土內Ф42mm鉆孔后，其錨索的抗剪力提升為破斷力的1.1～1.2倍之間。

2 1305新回風順槽加固方案

2.1 回風順槽錨注加固設計原則

通常由于大斷面巷道較大的跨度及高度，故其具有巷道圍巖強度低的特征，

加之采動因素的影響，使得圍巖具有較大的變形量和破裂范圍。趙莊礦3#煤層頂底板巖石非常松軟破碎，易風化，不同程度的地質弱面和結構面存在于巖體中，整體性差。采用高強錨注支護加固技術對1305回風巷道頂、幫進行加固，通過改善圍巖自身的力學性能來使巷道圍巖的穩定性提高，減少巷道冒頂、片幫和底鼓等變形破壞，再不需要大修，保證正常使用。

2.2 1305回風巷補強錨注支護技術方案

巷道頂板中空注漿錨索按2-1-2形式與初次支護錨索“插空”布置，排距為1.0m，間距為2.7m，錨索方向與巷道巖面垂直；巷道兩幫中空注漿錨索按2-1-2布置，排距為1m，間距為2.4m。詳見圖2、圖3。

圖2 頂板加固平面圖

3 施工工藝要求

3.1 中空錨注錨索

針對國內現有注漿錨索存在的缺點和問題，對國外的先進技術進行研究分析，經過反復現場試驗，開發了新型的采用樹脂端錨（由螺旋肋預應力鋼絲制造而成） 以及后期注漿全錨的中空注漿錨索，見圖4。

圖3 兩幫加固平面圖

圖4 中空注漿錨索產品圖

3.2 施工技術要求

（1）注漿錨桿施工

① 錨桿鉆孔。采用錨桿鉆機配合Φ32mm鉆頭鉆孔。鉆孔時應按照先頂后幫的順序依次進行，孔位和鉆孔角度誤差分別控制到100mm和5°以內，錨桿孔深度到設計2700±50mm。

② 安裝錨桿。在鉆孔中依次放入1支k2370樹脂錨固劑，藥卷被錨索緩慢地推向眼底，將錨索與錨桿鉆機相連接，并啟動錨桿鉆機使其邊推進邊攪拌，待錨索達標設計深度后再繼續攪拌30～60s，施加預緊力前務必等待60～120s。

③ 施加預緊力。安裝止漿塞后，對錨桿施加預緊力，施加預應力不低于30kN。

（2）注漿錨索施工

① 錨索鉆孔。Φ40mm鉆頭鉆孔時使用錨桿鉆機相配合，現場操作時，人工扶鉆，濕式鉆孔。鉆孔時的順序應按照先頂后幫依次進行，錨索孔位誤差不大于100mm，鉆孔角度誤差不大于5°，拱頂錨索孔深度到設計8000±50mm，兩幫錨索孔深度到設計6000±50mm，并清理干凈鉆孔內的碎屑和積水。

② 安裝錨索。在鉆孔中依次放入樹脂錨固劑ck2370與z2370各一支。藥卷被錨索推向眼底的過程要緩慢，將錨索與錨桿鉆機連接，并啟動錨桿鉆機使其邊推進邊攪拌，待錨索達標設計深度后再繼續攪拌30～60s，撤去錨桿鉆機前務必等待60～120s。

③ 張拉預緊。在錨索尾部依次安裝止漿塞、推桿、托盤、鎖具，用錨索張拉機具進行加壓，張拉預緊力不低于100kN。

3.3 注漿參數

（1）注漿材料和配比：復合砂漿加固選用凱密安礦用無機加固，水灰比為1:3。

（2）注漿壓力：注漿壓力不低于10MPa。

（3）注漿順序：錨桿、錨索同時依次注漿，遵循先幫部后頂板，先下部后上部。

（4）注漿時機：噴漿完成后立即進行注漿工作。

4 現場實測

在現場實測中，未加固前巷道兩幫累計移近量為101mm，最大移近速度為2.43mm/d，頂底板最大移近速度為5.86mm/d。而二次加固巷道兩幫累計移近量為32mm，最大移近速度為0.87mm/d，頂底板最大移近速度為1.8mm/d。

通過分析可知，二次加固巷道兩幫移近量約為未加固前巷道兩幫移近量的68.3%，最大移近速度約為未注漿段的64.0%，頂底板最大移近速度約為未加固前的69.3%，這說明巷道在采取高強錨注二次加固補強支護后，圍巖穩定性得到進一步控制。

5 結論

（1）在大斷面軟巖巷道掘進時采用高強錨注支護技術對巷道進行二次加固，提高支護質量，改善圍巖體力學性能，使巷道穩定性得以保障，效果明顯。

（2）高強錨注二次加固巷道兩幫移近量約為32mm，最大移近速度為0.87mm/d，頂底板最大移近速度為1.8mm/d。說明巷道在采取高強錨注二次加固補強支護后，圍巖穩定性得到進一步控制，巷道的變形得到有效控制，從而為相似地質條件下的煤礦提供了理論依據。

圖5 高強錨注支護巷道表面曲線