中空注漿錨索在霍寶干河煤礦松軟巷道中的應用

來登峰

（山西霍寶干河煤礦有限公司，山西 臨汾 041602）

錨索的錨固深度大、強度高，安裝時可施加較大的預應力，一般與錨桿配合使用，在我國煤礦巷道支護中得到了廣泛的應用。對于圍巖破碎且地應力大的巷道，由于圍巖本身的自承載能力差，常規的錨桿索支護難以維持巷道的穩定[1-3]。霍州煤電霍寶干河煤礦一采區軌道下山采用過的傳統的U 鋼、錨桿索等支護方式均出現了大變形破壞。為此，該礦提出了中空注漿錨索配合雙層金屬網的錨網噴支護方式，取得了較好的應用效果。

1 工程概況

一采區2 號煤埋深540～680 m，采用單翼開采的方式，其中一采區軌道下山布置于2 號煤底板中，巷道斷面為半圓拱形，尺寸為3.8 m×3.2 m（寬×高），墻高1.3 m。支護方式采用的是U 鋼和錨桿索聯合支護。

煤層頂底板巖性如圖1。

圖1 2 號煤頂底板巖性

2 巷道變形特征及原因分析

2.1 變形破壞特征

一采區軌道下山在成巷后呈現出U 鋼棚腿內扎、巷道兩幫變形不一致等特征，如圖2。

圖2 巷道破壞特征

在原U 鋼支護基礎上，使用錨桿索+錨噴的方式對變形最嚴重的11～19 號導向點之前約300 m 巷道進行修復，但效果不理想。修復段巷道兩幫收斂量最大達到520 mm，頂底板移近量在600 mm 以上，不能滿足生產要求。

2.2 破壞原因分析

分析認為，引起一采區軌道下山大變形的原因主要有以下幾個方面：

（1）地應力大

該礦原巖應力測試表明，該礦最大水平主應力為21.9 MPa，最小水平主應力為10.4 MPa，而垂直應力為15.2 MPa，垂直應力小于最大水平主應力。因此，應力場以水平應力為主。在水平應力的作用下，巷道兩幫變形劇烈，減弱了對頂板的支撐，間接增大了巷道的跨距，令水平應力對頂板的擠壓作用大，加劇了頂板的變形。

（2）斷層的影響

11～19 號導向點之間巷道分布有F17、F18、F19、F20 四條斷層，斷層落差均在4 m 以上，大于巷道高度。落差最大的為F20 斷層，落差達70 m。斷層附近圍巖破碎，承載能力差，且破碎帶中填充有各種的碎塊，極易發生失穩。

（3）工作面回采的影響

一采區采用的是單翼布置，2-106、2-108 等工作面均已回采結束，受采動影響，靠近采空區側的巷道變形明顯較大，呈現不對稱特征。

3 控制對策及支護設計

3.1 控制對策

針對地應力高且圍巖松軟破碎、承載能力差的實際情況，提出以下控制對策。

（1）充分發揮圍巖的自承能力

巷道開掘后，由于受力狀態的改變，巷道表面圍巖進入塑性變形階段。在巷道掘進初期，應及時支護，在巷道表面形成預應力承載結構，充分利用圍巖的自承能力，減少塑性區的發展。

（2）提高圍巖的承載能力

對于松軟破碎的巷道，圍巖的強度低，僅靠本身的承載能力難以維持巷道的穩定。因此，除了保證圍巖的承載能力之外，還可以通過采取注漿等措施，將巷道淺部圍巖與深部圍巖膠結成整體。注漿在強化巖體的力學性能同時，可以為錨桿索支護提供穩定可靠的錨固點，與圍巖形成整體承載結構，同時注漿還可以封堵圍巖中的節理等，避免裂隙的進一步發育。

綜合以上分析，決定采用中空注漿錨索配高性能錨桿的聯合控制方式減少巷道圍巖的變形。

3.2 中空注漿錨索

中空注漿錨索的結構如圖3[4-6]。與普通錨索相比，中空注漿錨索采用籠型中空結構，鋼絞線內有注漿芯管。使用時分兩步施工：第一步與常規錨索類似，用樹脂錨固劑錨固并施加一定的預緊力，后期高壓注入水泥漿液。

圖3 中空注漿錨索結構

中空注漿錨索兼有錨索錨固和注漿加固的功能，在普通錨索的基礎上注入水泥漿，實現全長錨固，并且最大注漿壓力可達8 MPa，有利于水泥漿液向鉆孔裂隙中的擴散，實現了錨固一體，對破碎圍巖起到加固作用，

3.3 支護設計

采用高強度錨桿和注漿錨索配合雙層高強金屬網的聯合支護方式，支護方案設計如圖4。

（1）高強錨桿支護

采用BHRB400 高強螺紋鋼錨桿，規格為Φ22 mm×2400 mm， 每 根 錨 桿 配K2360 和CK2360 樹脂藥卷各一卷錨固，安裝時超快錨固劑在底部。錨桿間距為650 mm，兩側直墻布置三根錨桿，間距600 mm，錨桿排距為800 mm，位于巷道底角的錨桿向下傾斜15°布置，其余垂直布置。

巷道兩幫及頂板鋪設雙層菱形鋼筋網，鋼筋直徑為6 mm，網格為100 mm×100 mm。

（2）中空注漿錨索支護

中空注漿錨索的長度為7000 mm，每個斷面布置5 根，間距如圖所示，排距為800 mm，位于錨桿排中間，間隔布置。每根錨索使用四根K2360 樹脂藥卷錨固。

注漿錨索施工后對巷道表面進行噴漿封閉，噴漿厚度為120 mm，初噴厚度不得低于60 mm，復噴時間間隔不得小于2 h。

圖4 中空注漿錨索支護方案

3.4 施工工藝

與常規錨索相比，中空注漿錨索增加了注漿的工序，其整個施工工藝如圖5。

圖5 中空注漿錨索施工工藝

中空注漿錨索成敗的關鍵在于封孔，封孔質量差，容易造成漿液的流失，影響支護效果。經過多次試驗發現，利用棉紗封孔簡單，效果好。

在錨索伸入鉆孔之前，將棉紗纏繞在錨索底部，距離尾部的距離為錨索的外露長度，一般為400 mm。錨索用樹脂錨固劑錨固后，用棉紗將錨索與鉆孔的縫隙堵住，然后張拉。預緊之后對巷道表面進行噴漿封閉，噴漿厚度為200 mm，4～5 d 后再往錨索內注入水泥漿液。水泥漿液的水灰比為1:1，注漿壓力為5～7 MPa。

4 礦壓觀測

為了驗證中空注漿錨索和高性能錨桿支護系統的效果，在注漿完成后安設了測站，對巷道表面位移進行觀測，觀測結果如圖6。

圖6 巷道表面位移觀測結果

由觀測結果可以看出，由于一采區軌道下山為返修巷道，圍巖應力得到了充分釋放，因此，巷道變形速率較小，且無明顯的階段性特征，變形曲線平穩逐漸上升后穩定。中空錨索注漿后15 d 巷道變形趨于穩定，表面位移達到最大值，兩幫收斂較小，為21 mm，對生產無影響。由于底板未支護，因此，頂底板移近量以底鼓為主，占頂底板變形總量的60%，但底鼓量小，對生產影響較小或通過簡單臥底即可解決，不影響生產。

5 結論

（1）霍寶干河煤礦一采區軌道下山受斷層、水平地應力及工作面回采的影響，巷道圍巖破碎，承載能力低，巷道呈現非對稱變形及棚腿內扎的破壞特征。

（2）中空注漿錨索兼有錨索錨固和注漿加固的功能，在普通錨索的基礎上注入水泥漿，在錨固劑端錨的基礎上實現全長錨固，有利于水泥漿液向鉆孔裂隙中的擴散，實現了錨固一體，對破碎圍巖起到加固作用。

（3）通過采用高強錨桿加中空注漿錨索配合雙層金屬網的聯合加固技術，一采區軌道下山巷道變形量小，滿足了煤礦的生產要求，適用于礦井開拓巷道和采區準備巷道的掘進支護和維修加固。