注漿錨索在大傾角沿空留巷支護中的應用與核心技術攻關

張 蒼 穆仲奎 袁文生

(內蒙古能源有限責任公司, 內蒙古 鄂爾多斯 014217)

注漿錨索主要應用于軟巖支護、大跨度硐室、斷層、破碎帶、巷道修復、底鼓處理等地點。在沿空留巷支護中，注漿錨索的漿體充填至裂隙和錨索、錨桿孔徑內，將破碎圍巖粘合加固。由于注漿錨索在施工工序上比普通錨索多一道注漿工序，工作量額外增加一半，導致注漿錨索注漿質量及后期管理工作易存在漏洞。為此，積極研究注漿錨索在沿空留巷巷道支護中的應用，創建注漿錨索連鎖管理機制，明確現場注漿最佳順序，解決施工難題，確保了注漿錨索的施工注漿質量，實現了安全高效支護，杜絕了巷道失修。

1 注漿錨索在沿空留巷巷道中的應用

長城二礦1906S 運輸巷110 工法沿空留巷施工地點，使用普通恒阻錨索進行采空區側（切頂）支護，配合一梁三柱支護頂板。具體施工步驟：

（1）利用注漿錨索加固留巷頂板，確保頂板“拉得住”。

與恒阻錨索相比，注漿錨索限定變形的支護形式更加體現了支護強度的可靠性，大大減少了頂板的下沉量，保證了留巷的使用高度。

注漿錨索垂直于頂板方向布置，打設3 列注漿錨索：第一列支護錨索距原巷幫500 mm，間距為500 mm；第二列在巷道正中偏上幫0.5 m，排距1 m；第三列在距另一側煤壁幫500 mm 處布置，排距3000 mm。

（2）利用斷頂眼的超前預裂機理，結合注漿錨索的高強度支護實現采空側定向切頂。

為提高切頂效果，確保采空區頂板“下得來”，留巷采取超前施工斷頂眼+切頂錨索定向切頂工藝。斷頂眼參數：眼距0.3～0.5 m，眼深H=0.5 m，水平仰角70～80°。確保采空區冒落高度達到3 倍采高以上，留巷壓力逐步轉移至深部，最大限度減少了礦山壓力重新分布對留巷頂板的破壞。

至2020 年4 月，1906S 沿空留巷頂板下沉量及旋轉角度均符合設計要求，通過鉆孔窺視頂板膠結情況良好，杜絕了離層等問題，達到了強支護的效果，實現了大傾角大埋深條件下的110 工法沿空留巷1100 m。具體支護方式如圖1 所示。

圖1 1906S 運輸巷沿空留巷支護斷面圖

2 “913434”模式及連鎖管理機制的創建

（1）設計完成九種情況下的注漿錨索支護方案，確定一個注漿總方針，開展注漿“三化”管理，嚴格落實“四不”注漿制度，開展三個優化項目。2018 年以來，在巷道修復、軟巖支護、破碎頂板、深部三岔門、四岔口、復合頂板等九種類型頂板情況下應用注漿錨索。

（2）確定一個注漿總方針：“全面封閉，由下而上，間隔對稱，相鄰錯開，交叉進行”。

（3）制定專業注漿隊“三化”管理模式：專業化、正規化、流程化。

（4）嚴格落實“四不”注漿制度：巷道包角處噴漿不合格不注漿，巷道不進行噴漿封閉不注漿，臨近網頭未噴漿不注漿，巷道底板未澆筑底角錨索不注漿。

（5）全面推廣三個優化：一是優化止漿塞的優化設計，由最初的軟硬管擠壓封堵優化成2 個錐形止漿塞+1 個封閉環的止漿方式，試驗成功多梯次波紋管止漿塞，解決了封孔堵漿問題。二是優化注漿泵進風分配設計，在壓力泵處增加一個液壓鑿巖機的油壺，通過Ф19 mm 的三通連接器分別引出一路Ф19 mm 管路供應壓力泵和攪拌泵，增加注漿壓力，實現小裂縫的滲透注漿改為劈裂加壓注漿。三是設計注漿連接器防脫落鏈，確保了連接器脫落傷人以及水泥漿崩人事故的發生。

（6）創建四種管理規范，實現連鎖管理機制：《錨索注漿隊管理辦法》《注漿錨索使用管理規范》《注漿施工審批驗收監測管理制度》《注漿錨索再研究攻關小組管理制度》。

① 通過《錨索注漿隊管理辦法》明確了注漿隊人員構成、技術保障、注漿隊職責及管理辦法。

② 通過《注漿錨索使用管理規范》明確注漿錨索在不同條件下的支護參數及注漿施工操作規范，明確了注漿錨索安裝施工規范（打錨索眼→同步錨固→安裝止漿塞→安裝錨索盤、錨具→漲緊→滯后注漿）、注漿設備安裝維護、水泥漿液配比等。注漿錨索錨具進行分色刷漆管理，三個生產班組的錨具分別使用黃色、藍色、白色進行粉刷，每個班組固定錨具顏色，進一步明確了責任，提高了施工管理水平。

③《注漿施工審批驗收監測管理制度》建立健全注漿錨索施工管理檔案，對現場施工的注漿錨索逐條進行編號，詳細記錄每根注漿錨索的注漿時間、注漿壓力和注入的水泥量，施工人員、驗收人員記錄在檔。為確保注漿效果，現場注漿由當班安監員全程監督簽字認可，采取將3 ～5 d 施工的注漿錨索進行集中注漿的模式，由施工單位提前一天向技術部門提交錨索注漿通知單，技術部現場盯崗。

④ 2020 年成立注漿錨索研究攻關小組，研究制定6 項課題研究規劃，加大對注漿錨索的深層次研究與應用。

3 注漿錨索施工中難題的解決

3.1 注漿順序研究

為研究不同注漿順序對注漿效果的影響，在1906S 運輸巷170 棵錨索的現場注漿盯班中，制定了4 種注漿方案：先頂后幫從上至下注漿、先幫后頂從下至上注漿、先頂后對稱兩幫從上至下注漿、先幫后頂從下至上注漿。通過注漿量及現場對比分析得出，先幫后頂注漿量比先頂后幫注漿量增加27%，兩幫注漿量比頂板注漿量高34%，底板注漿量比兩幫注漿量高13%。為此確定注漿20 字方針：“全面封閉，由下而上，間隔對稱，相鄰錯開，交叉進行”。具體效果圖如圖2 所示。

圖2 1906S 運輸巷沿空留巷注漿錨索支護效果圖

3.2 止漿塞的優化設計

原有止漿設備為0.15 m 長的止漿塞（黑色軟管）、0.45 m 長的推管（白色硬管），通過漲緊鎖具，推進推管，向上移動擠壓黑色軟管，膨脹變形封堵注漿孔。現場因為錨索外露不一致、推管長度確定不準確導致漏漿現象普遍發生。為此設計可壓縮錐形止漿塞止漿方式，杜絕了淌漿的問題，如圖3所示。

利用止漿塞內部螺紋實現注漿錨索與止漿塞支架不淌漿，通過外部軟塞實現止漿塞與孔壁的密實接觸，杜絕孔壁淌漿。

3.3 注漿泵的優化設計

目前注漿泵普遍采用氣動注漿泵，進風口采用Ф19 mm 的進風管通過壓力表及油壺后分成兩個Ф10 mm 的管路分別供應壓力泵及攪拌泵。根據現場試驗，壓力泵需要的動力比攪拌泵大50%以上，為此在壓力泵處增加一個液壓鑿巖機的油壺，通過Ф19 mm 的三通連接器分別引出一路Ф19 mm 管路供應壓力泵，引出一路Ф10 mm 管路供應攪拌泵。當頂板裂隙較小時，增加供風管直徑到32～50 mm，進而增加注漿壓力，實現小裂縫的滲透注漿改為劈裂加壓注漿。

3.4 注漿連接器的優化設計

原有注漿連接器為連接螺栓焊接Ф10 mm 的連接套，利用Ф10 mm 的軟管實現注漿。因注漿管路內徑小，易造成堵管堵孔以及連接器脫落傷人事件的發生。為此設計使用Ф19 mm 的軟管作為注漿管，在注漿連接器上焊接防脫落鏈，確保了在堵管或大壓力等情況下的連接器脫落傷人以及水泥漿崩人事故的發生，具體如圖4 所示。

圖4 注漿錨索連接器的優化圖

4 支護效果分析

為對比注漿錨索在沿空留巷巷道支護的效果，在不同支護情況下，分別設立2 組圍巖觀測點，每個觀測點5 組測點，采用十字布點法布設。在頂板安設離層儀，在兩幫各安設2 個錨桿測力計，每隔10 d 進行一次數據采集分析。通過線性回歸，選取在誤差范圍內的數據取平均值，得出數據見表1。

表1 1906S 運輸巷留巷不同支護條件下的變形量統計

在1906S 運輸巷留巷期間，通過圍巖觀測、頂板離層儀監測等手段，發現使用注漿錨索相比普通錨網索支護，頂底板移近量降低70%，兩幫移近量降低了34%；相比復棚加固，頂底板移近量降低100%，兩幫移近量降低了96%。

5 結 論

注漿錨索在沿空留巷破碎圍巖中，漿體充填至裂隙中，起到粘合加固作用，錨索實現全錨，對頂板進行二次加固組合,形成一個完整的組合巖梁，支護效果可靠。通過研究注漿錨索應用范圍及支護參數，確定了大傾角沿空留巷的注漿錨索支護模型，通過創建注漿錨索連鎖管理機制確保了施工及注漿質量。通過解決注漿順序、攻克注漿封孔不嚴、連接器堵漿崩人、注漿壓力泵壓力不足等現場施工技術難題，2018 年至2020 年累計打設注漿錨索10 125 棵，合格率99.8%。通過圍巖觀測、頂板離層儀監測等手段，使用注漿錨索實現了沿空留巷巷道變形量最小。