錨注加固技術(shù)在軟巖巷道圍巖加固中的應(yīng)用研究

趙 浩

（西山煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司鎮(zhèn)城底礦， 山西 古交 030203）

西山煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司鎮(zhèn)城底礦（全文簡稱鎮(zhèn)城底礦）隸屬于山西焦煤集團(tuán)，位于山西省古交市西北處，井田占地面積約23.8 km2，西北走向6.6 km，南北平均寬度約3.6 km，鎮(zhèn)城底礦年設(shè)計生產(chǎn)能力為190 萬t，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。采用長壁采煤法，全部垮落法管理頂板。主采8 號煤層，煤層賦存穩(wěn)定，平均厚度約為4.5 m；直接頂為L1 泥灰?guī)r，平均厚度約為2.32 m；直接底為粉砂質(zhì)泥巖，平均厚度約為0.97 m，工作面煤層頂?shù)装鍘r性如圖1 所示。

圖1 煤層頂?shù)装鍘r性柱狀圖

隨著礦井采掘的不斷延伸，巷道所承受的應(yīng)力加大，導(dǎo)致圍巖松軟破碎，致使巷道出現(xiàn)頂幫變形、底鼓等現(xiàn)象，反復(fù)返修，尤其是二水平膠帶大巷（320～480 m 段）受28620 工作面采空區(qū)影響，巷道變形、底鼓嚴(yán)重，導(dǎo)致皮帶跑偏、撒煤、水溝損 毀等，局部高度、寬度及斷面不能滿足安全要求，影響礦井的安全、高效生產(chǎn)。

二水平膠帶大巷是服務(wù)于礦井的運(yùn)煤大巷，服務(wù)年限較長，二水平膠帶大巷采用錨桿+錨索+網(wǎng)+鋼帶+噴砼聯(lián)合支護(hù)，錨索采用兩根Φ17.8 mm×7 200 mm 和三根Φ17.8 mm×5 200 mm 平行布置，間排距1 000 mm×900 mm，錨桿采用Φ20 mm×2 400 mm普通螺紋鋼樹脂錨桿，間排距700 mm×900 mm 的WD 220 mm×4 mm×4 400 mm 鋼帶，噴砼厚度100 mm，強(qiáng)度C20。通過工程實踐及現(xiàn)場觀察，針對原支護(hù)對巷道兩幫、底部的控制較弱，頂部強(qiáng)度也需要加強(qiáng)的情況，根據(jù)高預(yù)應(yīng)力、高強(qiáng)度、高剛度、強(qiáng)力支護(hù)的支護(hù)加固理念，采用預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)錨索支護(hù)系統(tǒng)，配以圍巖注漿、錨注技術(shù)，解決巷道圍巖控制問題。

1 巷道圍巖變形特點(diǎn)及分析

1.1 巷道圍巖變形特點(diǎn)

軟巖巷道多為環(huán)向受壓，且非對稱，頂部、兩幫和底板同時受壓，一般頂部、兩幫有支護(hù)，故壓力顯現(xiàn)位移變形與支護(hù)強(qiáng)度相關(guān)，底部無支護(hù)壓力顯現(xiàn)較明顯。

二水平膠帶大巷巷道監(jiān)測顯示，在應(yīng)力作用下，巷道頂部穩(wěn)定結(jié)構(gòu)破壞導(dǎo)致頂板下沉，下沉量超過100 mm，噴漿皮脫落，出現(xiàn)大量網(wǎng)包，個別錨索失效；兩幫內(nèi)鼓，兩幫變形量超過150 mm，最大移近量達(dá)800 mm，噴漿皮脫落，片幫比較普遍，部分銷桿失效；三個方向有支護(hù)，底板無支護(hù)，底板煤巖體流變性底鼓，且受采動影響較大， 全段均出現(xiàn)不同程度底鼓，雖經(jīng)反復(fù)起底，但效果不佳，水溝及人行道基本毀壞。

1.2 影響巷道圍巖與支護(hù)變形的因素

影響因素主要有：巖石自身強(qiáng)度和膠結(jié)程度；以及施工過程中圍巖應(yīng)力和采動影響等；同時巷道變形和時間密切相關(guān)。鎮(zhèn)城底礦二水平膠帶大巷主要受圍巖本身的強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)的內(nèi)在因素影響，外部因素主要是工程應(yīng)力的影響及采動影響等多種應(yīng)力的疊加情況影響。

2 加固方案

2.1 加固方案參數(shù)

根據(jù)高預(yù)應(yīng)力、高強(qiáng)度、高剛度、強(qiáng)力支護(hù)的支護(hù)加固理念以及巷道圍巖變形的特點(diǎn)分析，提出二水平膠帶大巷加固修復(fù)方案：采用高強(qiáng)度、高預(yù)應(yīng)力長錨索加固頂板+注漿加固底部及兩幫松散煤體+錨注加固底部圍巖的方案。

2.1.1 頂、幫預(yù)應(yīng)力錨索布置及參數(shù)

1）錨索規(guī)格。Φ17.8 mm×9 200 mm 高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，強(qiáng)度1 860 MPa，Z 2360 型中速樹脂藥卷，托盤300 mm×300 mm×16 mm。

2）錨索布置方式。排式布置，每排錨索布 置于兩排注漿孔之間，排距1.8 m，每排均布7 根錨索，其中頂板正中1 根，兩邊各1 根，兩幫各2 根。160 m共計89 排，623 根錨索，根據(jù)實際情況適當(dāng)增加錨索數(shù)量。

2.1.2 底板組合錨索束布置

2.1.2.1 底板錨索束規(guī)格

3 根直徑為Φ17.8 mm×9 200 mm 的鋼絞線作為一組錨索束，頭部3 000 mm 段編制成串珠狀，單根強(qiáng)度1 860 MPa，3 根錨索破壞荷載為1 050 kN。

2.1.2.2 錨索束布置參數(shù)

鉆孔孔徑為Φ89 mm；孔深9 m，長度為9.2 m，排距2 m， 每排3 組，160 m 巷道共計布置80 排240組錨索束。中間錨索束位于巷道中心線上，垂直底板，兩側(cè)錨索束距中心孔1.5 m，距幫0.7 m，外擺15°，每排銷索束上一道由11 號工字鋼焊制底梁，采用錨索束漲拉 器漲緊至單根鋼絞線120 kN。底板錨索束布置如圖2 所示。

圖2 底板錨索束布置圖

2.1.3 底板及注漿孔布置

底板注漿孔布置參數(shù)：孔徑為Ф89 mm；孔深6 m，排距2 m，每排3 個，160 m 巷道共計布置80 排240 個，中間孔位于巷道中心線上，垂直底板，兩側(cè)孔距中心孔1.5 m，距幫0.7 m，外擺15°。兩幫注漿孔布置參數(shù)：孔徑Φ42 mm，孔深2.5 m，排距3 m，每排均布3 個注漿孔，其中兩幫各1 個，兩底角各1 個。160 m 共計54 排，162 個注漿孔。

2.2 施工方案及主要施工工序

施工時首先往巷道裂隙處噴射混凝土，后進(jìn)行注漿施工。利用漿液的塑性使巷道圍巖形成一體；然后打注頂幫錨索（加固）并將原支護(hù)失效的錨桿錨索補(bǔ)打；再錨注施工施工底板組合錨索束、注漿；最后進(jìn)行全斷面復(fù)噴并底板鋪設(shè)混凝土反底拱。

2.2.1 注漿施工

注漿施工首先往開采煤層中打注漿孔，利用注漿系統(tǒng)進(jìn)行注漿。使用的設(shè)備主要有氣動注漿泵、攪漿機(jī)等。主要工序：打注漿孔—制輸漿—壓注—系統(tǒng)清洗及保養(yǎng)。

2.2.2 頂幫錨索（加固）施工

主要工序：錨索鉆孔施工—錨索安裝—漲拉錨索—噴漿封閉。

2.2.3 底板組合錨索錨注施工

首先對底板進(jìn)行淺部注漿，進(jìn)行臥底（低于設(shè)計底板350 mm)，打組合描索孔，描索推送入孔，孔底反灌漿，堵塞錨索孔口，預(yù)埋深部注漿管封孔，對巷道底板進(jìn)行注漿（注漿壓力6 MPa)全長錨固，7 d 后進(jìn)行鋪設(shè)第一層鋼筋網(wǎng)下底梁鋪第二層網(wǎng)，上大、小托盤、索具逐根漲拉錨索至120 kN，底板澆注混凝土。

3 工程實踐及效果

二水平膠帶大巷修復(fù)加固區(qū)段共160 m，施工時間為三個月，未加固前，該巷道受圍巖應(yīng)力變化嚴(yán)重變形，影響礦井的正常生產(chǎn)秩序。待加強(qiáng)支護(hù)后，圍巖形變得到有效控制，且增加巷道的整體穩(wěn)定性。現(xiàn)場監(jiān)測的巷道數(shù)據(jù)顯示：整體輪廓形狀、尺寸基本沒有變化，底鼓變形量減小，頂?shù)装宓淖畲笠平?2 mm，兩幫最大移近量68 mm，巷道圍巖處于穩(wěn)定狀態(tài)，說明修復(fù)加固工程既提供了補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)力，又限制圍巖發(fā)生流變，保證了巷道設(shè)計斷面及其功能使用。工程實踐表明，修復(fù)加固方案能夠滿足巷道修復(fù)治理的要求，取得了很好的效果。

4 結(jié)語

鎮(zhèn)城底礦利用錨固支護(hù)的高預(yù)應(yīng)力和高強(qiáng)度特性，采用高強(qiáng)度、高預(yù)應(yīng)力長錨索加固頂板+注漿加固底部及兩幫松散煤體+錨注加固底部徑向約束深部圍巖的方案，對采動影響下的破碎松軟巷道及松軟底板底鼓巷道提供了較強(qiáng)的支護(hù)強(qiáng)度，增加了圍巖的整體性和圍巖強(qiáng)度，從而有效控制了巷道頂板下沉、兩幫內(nèi)擠和底鼓，取得了良好的效果，解決了巷道變形、底鼓的問題。