中空注漿錨桿在高應力軟巖巷道中的應用

李 博

（山西焦煤汾西礦業中興煤業有限責任公司，山西 交城 030500）

隨著礦井開采深度的不斷增加，我國不少礦井都在不同程度上受到軟巖影響。根據有關資料，礦井每年的巷道掘進量在6000km，其中深部的軟巖巷道占比接近30%。軟巖巷道圍巖變形控制較為困難，巷道返修率達到70%以上，特別是對于深部高地應力軟巖巷道，其支護問題一直制約礦井高效生產[1-3]。國內眾多的工程技術人員及學者對高應力軟巖巷道支護技術進行了大量研究，形成了錨桿+錨索+注漿的聯合支護體系，錨噴+可伸縮金屬支架+高強混凝土弧形支架等支護體系，并取得了顯著的應用效果[4-8]。

山西中興煤礦掘進的規劃區瓦斯治理底板巖巷石門埋藏深度為850m，巷道掘進時出現頂板下沉、底板底鼓嚴重等問題，提出采用中空注漿錨桿支護方案，現場應用取得較好效果，為類似軟巖巷道圍巖控制提供了一定的參考。

1 工程概況

規劃區瓦斯治理底板巖巷石門掘進工作面埋深850m，巷道斷面為半圓拱形，巷道凈高為3100mm，凈寬為4100mm。掘進巖層以粉砂巖為主，中間夾雜有泥巖、細砂巖。巖層傾向為SE，平均傾角12°，走向為42°～63°，較為破碎。掘進巷道直接頂為厚度9m的粉砂巖，薄層狀；基本頂為細砂粉砂互層，厚度3.5m，呈薄層狀，灰黑色；直接底為厚度2m的泥巖，呈褐色，遇水易膨脹；基本底為厚度10m的細砂巖，呈現灰黑色。

2 巷道支護設計

2.1 支護方案

巷道采用中空注漿錨桿、錨索并配合槽鋼進行支護，選用45號高碳鋼制作的錨桿，直徑為25mm，長度為2500mm。巷道頂板以及兩幫錨桿間排距均設計為700mm×600mm，錨桿采用型號MSK2680樹脂錨固劑進行錨固，配套采用的托盤長寬均為150mm，厚度為10mm鋼板。錨索采用1770級鋼絞線，直徑為22mm，抗拉拔力高于410kN。巷道基線之上采用3根長度為8000mm的注漿錨索支護，沿著巷道中心以及兩肩各布置一個錨索鋼帶。錨索鋼帶上施工3個孔，一個孔布置一個錨索，巷道頂板的3根錨索鋼帶共布置9根錨索，錨索的排距設定為2100mm。巷道幫角采用2根直徑為22mm、長度為6000mm的注漿錨索進行支護。巷道底板采用直徑為29mm、長度為8000mm的注漿錨索進行支護，間距為1700mm，排距為3000mm。錨索施加的預緊力不應小于150kN。錨索配套采用的托盤長寬均為300mm，厚度為15mm鋼板。

在巷道底板施工長為400mm、寬為3600mm、高為400mm的凹槽，錨索在凹槽內布置，外露凹槽底板長度控制在100mm以內。具體支護參數如圖1所示。

圖1 巷道支護示意圖

2.2 中空注漿錨桿、錨索結構

（1）中孔注漿錨桿

錨桿結構如圖2所示。注漿時注漿泵通過桿體將漿液從錨頭返出，實現帶壓注漿，更好地充填圍巖裂隙，改善圍巖力學性能，提高自身承載能力。性能參數如表1所示。

圖2 中空注漿錨桿結構示意圖

表1 中空注漿錨桿性能參數

（2）中孔注漿錨索

圖3 中空注漿錨索結構示意圖

注漿錨索結構具體如圖3所示，中空注漿錨索結構由錨具、索體、托盤以及止漿塞等組成。索體由端部實心段、中部段以及索尾緊固段組成。端部實心段可以對樹脂錨固劑進行攪拌，便于實現端錨；錨索中部段內部有軟性注漿管，便于錨索彎曲及注漿；在錨索中部段及端部實心段均布置有出漿口，便于注入漿液出漿；索尾緊固段內部為剛性注漿管，當錨具緊固時索尾緊固段不收縮。中空注漿錨索性能參數如表2所示。

表2 中空注漿錨索性能參數

2.3 錨注劑參數

采用的錨注劑屬于改性樹脂，由A、B兩組分構成，抗壓強度達到55MPa以上，凝膠時間在3～30min。使用時按照1:1混合，混合液在3min之內粘度比較低，能夠深入到較窄的孔隙之內，凝固之后具有較高的抗壓強度，使得原本松散的巖層膠結成整體，提高穩定性。

3 支護效果

3.1 圍巖裂隙充填情況

高應力松軟巖層圍巖裂隙發育、較為破碎，是制約巷道支護效果的難題。對注漿前后圍巖內部的裂隙發育情況以及破碎區分布進行探測，可以更好地判定巷道支護效果。因此，采用鉆孔窺視儀及地質雷達，對規劃區瓦斯治理底板巖巷石門掘進工作面支護前后的三維鉆孔成像進行對比，具體結果如表3、表4所示。

通過表3、表4對比發現，注漿之后圍巖裂隙以及破碎區被漿液充填，圍巖的完整性以及強度顯著提升。深度109cm、面積在67.1cm2的破碎區，經過充填后破碎區面積減少50%，深度239cm、面積在58.9cm2破碎區面積減少40%。表明注漿后圍巖破碎區以及裂隙被有效填充，起到較好的膠結作用。

表3 支護前圍巖裂隙及巖性描述

表4 支護后圍巖裂隙及巖性描述

3.2 巷道圍巖變形

圖4 錨網索聯合支護圍巖變形

圖4為普通的錨網索聯合支護方式，底板未支護，圖5為采用中空注漿錨桿聯合支護方式，對底板進行支護。從圖4、圖5對比可以發現，采用中空注漿錨桿相對于傳統的錨網索支護方式，巷道兩幫的位移將從79mm降低到55mm，降低24mm；巷道底板的底鼓量由82mm降低到25mm，降低率達到69.51%。表明采用的中空注漿錨桿可以對巷道圍巖變形進行有效控制，保證巷道圍巖穩定。

圖5 中空注漿錨桿聯合支護圍巖變形

4 結語

（1）采用中空注漿錨桿對高應力軟巖中的裂隙進行充填，控制裂隙發育，改變圍巖原本松散的結構，注入的錨注劑能起到較好的膠結作用，提高圍巖的整體穩定性。

（2）中孔注漿錨桿可以對巷道圍巖變形進行控制，現場應用結果也表明，較傳統的錨網索支護方式，巷道圍巖的變形量顯著降低，避免巷道出現二次修整。

（3）采用中孔注漿錨桿及錨索，能夠較好地控制巷道圍巖，在深部的高地應力軟巖巷道支護中具有較好的應用前景。