全長預應力中空注漿錨索在過斷層巷道中的應用

王錄

（山西霍州煤電回坡底煤礦 山西霍州031400）

錨索具有預應力大、強度高、錨固范圍大等特點，是特殊條件下加強巷道支護的重要手段，在深井巷道、軟巖巷道中被大量采用。根據錨固形式和錨固材料的不同，現有錨索主要分為樹脂端錨錨索和注漿錨索兩種，目前國內普遍使用樹脂端錨錨索進行有效支護，隨著礦井開采對安全越來越重視，注漿錨索的使用逐漸成為趨勢。

××礦井為全井田帶壓開采，礦井地質構造復雜程度為中等類型。根據物探等現有技術勘探結果，目前井田范圍共發現斷層262條，其中落差50 m～100 m的斷層5條，20 m～50 m之間斷層14條，5 m～20 m之間斷層45條，小于5 m斷層198條。受地質構造影響巷道在前期掘進施工及后期工作面回采期間變形量較大，個別錨索甚至破斷失效，針對上述問題，××礦引入中空注漿錨索應用研究。

1 工作面概況

××礦2-618工作面煤層平均厚度3.3 m，傾角5°，設計切巷長度230 m，順槽長度812 m。2-6181巷掘進施工中揭露斷層F11 H=13 m∠30°，影響長度約35 m。

圖1工作面布置圖

根據2013年在2-6091系統巷設立的測站圍巖地質力學測試顯示，測站最大水平主應力為20.91 MPa，最小水平主應力為11.44 MPa，垂直應力為12.44 MPa。最大水平主應力方向為N19°W。

根據巷道巖性觀測，頂板以上7 m范圍內巖層依次為砂質泥巖、砂巖、砂質泥巖和砂巖。其中砂質泥巖巖層強度約為44.7 MPa和46.7 MPa；砂巖巖層強度約為82.6 MPa和70.3 MPa。

2 全長預應力中空注漿錨索作用原理

預應力錨索全長錨固技術是在原中空錨注技術基礎上對中空注漿錨索、注漿材料和注漿設備進行改進而形成的新型巷道支護技術。它使用大孔徑注漿芯管的注漿錨索、專用無機注漿錨固料和高壓注漿設備。錨索先在迎頭進行樹脂端錨，不用封孔，張拉預緊施加預應力，立即起到支護作用，在滯后迎頭向錨索的中空結構注入無機錨固材料，當孔口流出無機錨固劑時停止注漿實現錨索的全長錨固，從而改變了錨索的受力狀態，提高了錨索對圍巖的支護效果。

3 支護方案及施工技術

3.1 支護設計

如圖2，工作面呈矩形布置，支護方式為“錨網+錨索”聯合支護。錨桿規格：巷道頂幫部錨桿選用?20×2 500 mm高強螺紋鋼錨桿，頂錨桿采用Z2388、CK2340型錨固劑各一條進行錨注，呈“七·七”矩形布置，間排距為800×800 mm；幫錨桿采用Z2388型錨固劑一條進行錨注，呈“五·五”矩形布置，間排距為750×800 mm。

錨索規格：錨索均選用?21.6×7 300 mm注漿錨索，采用Z2388、CK2340型錨固劑各一條進行預錨注，呈“三·三”布置，間排距為1 600×1 600 mm。

圖2斷面支護圖

圖3現場支護圖

3.2 施工方法及流程

（1）打眼，根據定點眼位施工錨索鉆孔，鉆孔直徑為28 mm，錨索直徑21.6 mm，打眼深度7.0 m。

（2）安裝預應力錨索，錨索張拉力不得小于35 MPa。

（3）全長錨固錨索充填施工順序：按照比例將水和有機復合材料在攪拌桶內攪拌均勻→將充填泵與充填管連接牢固→充填管與全長錨固錨索進行可靠連接→充填達到標準后停漿（關閉充填機）

4 工程效果分析

通過測試錨索張拉力、觀測錨桿錨索受力情況及頂板圍巖變形檢測等手段，對斷層段巷道圍巖情況進行深入分析，進而反應中空錨索使用效果。

4.1 錨索張拉力分析

表1錨索張拉力

根據測試，注漿材料1 d抗壓強度可達25 MPa，28 d抗壓強度可達70 MPa，因此前期錨索預緊力主要由樹脂錨固劑提供，隨著時間推移注漿材料起到主要錨固作用。錨索初始張拉力不得小于35 MPa，為保證注漿錨索的正常使用，每10 d進行一次張拉，每次張拉增加5 MPa，通過實驗，28 d后注漿錨索張拉力不小于50 MPa，能夠有效起到對頂板的支護作用。

4.2 錨桿（索）受力分析

隨著施工進程，在過斷層區段相隔20 m安裝一組錨桿錨索測力計和頂板離層儀，共計3組，每組1個頂板離層儀，2個液壓枕（頂錨索1個，幫錨桿1個）。

圖4頂板離層變化情況

通過圖4可得：頂板離層儀初始安裝讀數均為1 mm，隨著時間推移，頂板均有一定離層量，其中1#和3#離層儀由于在斷層邊緣，受斷層影響較小，頂板下沉1mm后趨于穩定；2#離層儀受斷層牽動影響較大，頂板離層4 mm后圍巖趨于穩定，符合頂板支護管理要求。

圖5液壓枕壓力變化情況（幫錨桿）

通過圖5可得：幫部液壓枕受采動影響，前期數據變化較明顯，后期趨于穩定，未出現較大數據波動，受斷層影響較小，巷道幫部圍巖較穩定；2#液壓枕安裝在斷層中部區段，受斷層影響，相對1#和3#變化較明顯；錨桿液壓枕初始讀數值最小38 MPa（3#），后期穩定值最大86.3 MPa（2#），變化最大值38.8 MPa（2#），均在錨桿抗拉極限值內，符合支護要求。

圖6液壓枕壓力變化情況（頂錨索）

通過圖6可得：頂板巖層未出現明顯離層，錨索受壓基本穩定；2#液壓枕初始安裝數值大于1#和3#，斷層區段頂板具有一定壓力；錨索受拉強度均在錨索破斷極限內，符合支護要求。

5 結論

中空注漿錨索在巷道特殊區段的應用，很大程度上增強了巷道圍巖的穩定性，是對巷道圍巖加強支護的一次成功應用，對地應力較大，尤其錨索支護過程中有破斷現象礦井具有一定的借鑒作用。