馬蘭礦新型錨固注漿體系支護技術研究

邢夏冰

（山西西山煤電股份有限公司馬蘭礦，山西 古交 030205）

1 工程概況

南五下組煤輔助運輸下山巷道成型時間較久且受工作面回采應力影響，出現了頂板下沉，兩幫變形嚴重的情況，在前期該巷道進行過多次返修，但都沒有取得理想的效果。根據現場觀察發現，南五下組煤輔助運輸下山里程500 m以下兩幫變形嚴重，巷道寬度僅為3.5 m，里程700 m后與南五下組煤輔助皮帶下山之間煤柱破碎嚴重，煤柱支撐力不足，頂板明顯向煤柱側傾斜。為減少兩幫變形，現決定在后續修復過程中使用新型錨固注漿體系對煤柱進行加固。

2 新型錨固注漿體系支護技術方案

2.1 技術方案

首先根據現場實際考察情況制定南五下組煤輔助運輸下山全斷面錨注支護修復方案，里程500～800 m巷道進行全面復修，需進行擴幫，重新支護，里程800～1 300 m巷道需在原支護基礎上進行注漿加固。

2.1.1 500～800 m段

煤柱幫部支護采用“左旋螺紋鋼錨桿+中空注漿錨索+鋼筋網”對頂板進行支護，兩幫選用“Φ20 mm×2 000 mm左旋螺紋鋼全長錨固樹脂錨桿支護，錨桿間、排距2 700 mm×1 000 mm，錨索采用Φ22 mm×7 300 mm中空注漿錨索，間排距900 mm×2 000 mm；全斷面加掛鋼筋網，注漿終壓不小于4 MPa（見圖1）。2.1.2 800～1 300 m段

煤柱幫部布置中空注漿錨索：直徑Φ22 mm，鋼絞線長度7 300 mm，每幫布置2根，間排距1 800 mm×2 000 mm。注漿終壓不小于4 MPa（見圖2）。

施工完畢后噴砼封閉，噴厚150 mm，砼標號C20；注漿材料：選用固安豐；中空注漿錨索應帶有壓花環緊固頭（專利號：ZL201821264172.X），防止手套效應，且在中空注漿錨索施工時將推進式塔式多層止漿塞（專利號：ZL201821265123.8）一并推入鉆孔內，為后續注漿施工創造條件。

圖1 南五下組煤輔助運輸下山里程500～800 m支護斷面圖（mm）

圖2 南五下組煤輔助運輸下山里程800～1 300 m支護斷面圖（mm）

2.2 中空注漿錨索注漿施工流程

中空注漿錨索注漿施工流程：按間排距鉆孔→壓風掃孔→安裝注漿錨索及止漿塞→安裝托盤張拉預緊→安裝球形閥及注漿管→檢查頂板完整性及裂隙發育程度→噴漿（如巷道表面有裂隙）→開泵攪拌配漿并注漿（緩慢增壓）→達到注漿參數時停止注漿→30 min后卸下球形閥；但不要過分用力，只要托盤貼緊巷壁，用板手上緊螺母即可。

2.3 中空注漿錨索施工工藝

2.3.1 錨索施工前準備要求

1）中空注漿錨索施工前，中空注漿錨索需輕拿輕放，防止因重拿重放損壞錨索的尾部，從而導致錨索注漿效果差，甚至失效。

2）由于井下巷道灰塵較多，在運輸過程中，應該對中空注漿錨索加以保護，使得錨索表面無灰塵，若灰塵沾滿錨索表面，使得錨索的粘結效果大大降低，也會堵塞錨索的注漿口。

3）在施工及運輸過程中，中空注漿錨索可以有一定程度的彎曲，但是彎曲程度不能超過1.5 m，若彎曲程度太大，會造成注漿管的變形，甚至使得中空管擠出注漿口，造成錨索報廢。

4）在施工中空注漿錨索時，應該準備好必備的相關一些有用的工具，長螺絲刀、鋼絲刷、扳手、管鉗、棉紗等。同時巷道迎頭以及低洼處中設積水水窩，并配排水泵將施工用水以及圍巖出水集中外排，做到用水必管、有水必排。

2.3.2 鉆注漿錨索孔

1）使用單體頂板錨桿鉆機和支腿式幫錨桿鉆機按設計位置鉆頂板和幫錨索孔。孔徑要與使用的錨索相匹配。

2）鉆孔位置盡量將圍巖表面處理平整，同時保證注漿錨索托盤安裝后不會覆蓋錨桿、托盤、鋼筋梯等已有材料，不得選擇破裂面邊緣施工，否則會無法封嚴孔口造成注漿時漏漿。

3）鉆孔開孔時，不得開水，待鉆頭完全進入煤體或巖體內后，再開水閥門。防止過早開水將孔口煤體或巖體沖散，孔徑增大，形成喇叭口。

4）鉆孔均應盡量與巖面垂直。防止打眼角度過大，張拉時錨索彎曲影響注漿效果。

5）掌握好鉆孔深度，誤差在50 mm之內，以防外漏太長，造成封孔長度不夠，或外漏太短，無法進行張拉操作。

2.3.3 安裝注漿錨索

1）鉆孔后，立即進行中空錨注錨索的安裝工作，以防塌孔，無法安裝。

2）安裝之前計算樹脂錨固劑錨固長度，本礦根據巷道頂板情況設計2個出漿口，分別位于錨索前端2.0 m和3.5 m處，錨固長度過長會阻塞出漿口，無法出漿。

3）中空注漿錨索安裝之前檢查索體本身表面清潔，避免錨索粘滿泥、灰、煤粉、油和水影響錨索與樹脂和注漿液體的粘結效果，特別是出漿口位置不得堵塞，保持出漿暢通。

4）用中空錨注錨索將樹脂錨固劑頂入孔內，不得用力過猛，以防樹脂錨固劑提前破裂。待樹脂錨固劑被頂入孔底之后再用鉆機攪拌錨索，在攪拌過程中也不宜用力過猛，防止攪斷錨索鋼絲焊接口。

2.3.4 封孔

1）待樹脂錨固劑完全錨固之后進行封口工序。

2）封口之前先檢查孔口形狀及孔口表面平整度。將孔口凸起煤塊或巖石清除，防止托盤封口不嚴。

3）封口時將塔狀止漿塞穿入中空錨注錨索內，使用推管將其與錨索錐狀止漿塞緊密頂緊，使其充滿孔洞，實現止漿。

4）止漿塞安裝完畢后安裝托盤、鎖具，進行張拉工序，保證托盤貼近煤面或巖面。

2.4 注漿施工工藝

1）將接有注漿管的注漿連接器擰入中空錨注錨索尾端內絲扣內，慢慢扭緊注漿器。確保注漿連接器與煤柱錨索連接緊固，并采用鐵絲二次加固防護，以防注漿時高壓使注漿連接器脫絲，反彈傷人。

2）注漿時，錨索下方和兩側45°內嚴禁站人，以免出現意外。

3）注漿時，每排自兩幫最下部的中空錨注錨索開始、逐根向上進行。

4）注漿同時注意觀察注漿壓力。當壓力達到5MPa以上或注漿泵憋死的情況時停止注漿，如確是錨索注滿，完成此錨索注漿工作，如不是，檢查原因，處理完畢待四五分鐘后再次注漿。

5）注漿時注意查看錨索周圍漏漿情況，并采用炮泥、錨固劑等及時進行封堵，如漏漿面積過大，無法封堵，停止注漿。可以先對別的錨索進行注漿，待半小時左右后在對漏漿錨索進行補注工作。

6）建議對中空錨注錨索進行注漿工作時采取隔排注漿模式，減少串漿，同時在初次注漿后再次補注，可以增強錨固煤體或巖體的注漿量。

3 巷道變形監測分析

中空注漿錨索施工完成后，需對其支護效果進行監測，觀測巷道頂底板、兩幫的變形情況，從而判斷該中空注漿錨索的支護效果，為礦井優化巷道支護設計提供數據支撐，保證礦井安全生產。因此本次試驗決定在馬蘭礦南五下組煤輔助運輸下山，通過安設巷道變形測試儀對巷道頂板和兩幫進行觀測，通過60 d的觀測，對測試的數據進行整理分析，得出如圖3所示的巷道表面變形觀測曲線圖。

圖3 巷道頂板及巷道兩側變形觀測曲線

從圖3可以明顯看出，馬蘭礦南五下組煤輔助運輸下山在采用中空注漿錨索支護以后，前10 d內巷道兩幫的變形量明顯大于巷道頂板的變形，巷道頂板的變形量為41 mm，而巷道兩幫的變形量為70 mm，達到總變形量的58%左右；隨著時間的推移，10~20 d內，兩幫的變形量也大于頂板變形量，但是變化趨勢變緩；20 d以后，巷道的兩幫與頂板的變形趨勢趨于穩定，兩幫的最終變形量為119 mm，頂板的最終變形量為71 mm；并通過之前對原有支護變形量的統計，可以知道，兩幫的變形量為145 mm，相較使用中空注漿錨索后變形量減小17.9%，而頂板的變形量為86 mm，相較使用中空注漿錨索后變形量減小17.4%，通過比較可以看出，巷道頂板和兩幫均得到了有效控制，說明中空注漿錨索具有良好的支護效果，能夠滿足礦井需求。