注漿錨索支護在裂隙頂板堵水中的應用

方國濤

（晉能控股煤業集團北辛窯煤業有限公司，山西 忻州 036702）

1 北辛窯礦概述

北辛窯礦14 采區輔助運輸巷位于8 號聯絡巷南側，+1 040 m 水平南翼輔助運輸、+1 040 m 水平帶式輸送機巷之間，與+1 040 m 水平南翼三條大巷平行。輔助運輸巷巷道設計長度約1 260 m，巷道以6°俯角下山掘進；其中煤巷186 m，其余為全巖巷道，巷道掘進煤層為2 號煤層，平均厚度為5.35 m。

輔助運輸巷輔采用爆破施工工藝，巷道掘進至911 m 處揭露一條正斷層，斷層落差為13 m，傾角為63°，受該斷層影響將原本處于巷道頂板的2 號煤層提升至巷道頂板，當巷道掘進至932 m 處時，巷道頂板以上有2.3 m 厚巖層，以及4.0 m 厚煤層，為了保證頂板支護強度，將原頂板6.3 m 錨索及時更換為長度為9.3 m；當巷道掘進至940 m 處時，圍巖在構造應力作用下出現裂隙發育，受到2 號煤層頂板K3 砂巖含水層影響，巷道頂板淋水較大，錨固劑塞進鉆孔難度較大，導致頂板支護錨固效果差，且裂隙導水不利于巷道安全快速掘進。

2 注漿錨索支護的應用

2.1 注漿錨索支護原理

在裂隙頂板施工錨索支護孔，然后對錨索支護孔內進行高壓注漿，注漿液在高壓作用下向孔壁裂隙內延伸擴展，并進行凝固，及對錨索起到錨固作用，同時對巖體裂隙進行填堵、填充作用，提高破碎巖體膠結穩定性，并在頂板上方形成混凝土帷幕圈，起到有效堵水、防水作用。

2.2 支護施工設備材料

1）采用MT-130型風動鉆機配套長度為1.5 m中空鉆桿以及直徑為26 mm 合金鉆頭進行錨索鉆孔施工；采用2ZBSB1.92型雙液變量注漿泵進行注漿施工。

2）注漿材料采用水泥與水玻璃混合漿液，水泥采用P.O42.5 普通硅酸水泥，水泥與水的質量配比為1∶1，采用模數為2.4～3.4，濃度為30～45°Be，水玻璃作為添加劑[1-2]。

2.3 注漿錨索支護施工

1）輔助運輸巷從940 m 處對頂板施工注漿錨索，首先采用MT-130型鉆機對頂板施工垂直支護鉆孔，鉆孔深度為7.0 m，鉆孔直徑為26 mm，每排施工3 個，鉆孔間距為1.5 m，排距為3.0 m。

2）錨索鉆孔施工完后對鉆孔內填裝一根長度為7.3 m，直徑為17.8 mm 錨索，但不進行錨固劑錨固；錨索安裝后在錨索與孔壁之間插入一根直徑為6 cm的注漿軟管，軟管長度為2.0 m，如圖1 所示。

圖1 注漿錨索施工斷面、剖面示意圖

3）注漿軟管插入鉆孔內后，在孔口往里0.3 m 范圍內采用麻皮、膨脹水泥進行封堵；鉆孔封孔完成后將注漿軟管與注漿鍍鋅鐵管連接，并進行注漿施工，如圖2 所示。

圖2 鉆孔注漿施工平面示意圖

4）在注漿施工時注漿壓力為3 MPa，單孔注漿量為40 kg，注漿時保持固定壓力在0.5 h 以上，觀測注漿量，進行記錄；注漿完成，采取鉆孔窺視法對注漿充填率進行注漿前后成果檢查對比。

2.4 注漿施工注意事項

1）注漿過程中流量計及壓力表等設備應該齊全完好。根據漿液流量、注漿壓力特征動態調整漿液水灰比[3-4]。注漿前后控制漿液由稀到濃，根據具體情況逐步提高漿液濃度和注漿壓力。

2）注漿隨著深度的不同，注漿壓力應隨時調節，當注漿達到下列標準時，可結束該孔注漿：注漿段注漿壓力達終注壓力（≥3 MPa），10 min 持續注漿量不大于5 L/min；當注漿孔口壓力突然上升時，注漿難以注入時。

3）注意檢查壓力、流量、漿液及周圍環境變化，認真記錄并及時調整注漿參數，做到施工過程動態控制。

4）注漿過程派專人負責填寫注漿記錄表，記錄注漿時間、漿液消耗量及注漿壓力等數據，觀察壓力表值，監控聯通裝置，避免因壓力猛增而發生異常情況。

3 支護優點及實際應用效果分析

3.1 注漿錨索支護優點

1）支護工藝簡單：注漿錨索施工工藝相對簡單，勞動作業強度低，與錨索棚、矩形鋼棚相比成本費用低。

2）支護效果好：由于受頂板淋水作用，頂板煤巖體出現軟化現象，而傳統錨桿（索）主要采用端頭錨固方式，錨固端位于裂隙或淋水區域時，錨固效果差；而注漿錨索實現了錨索全長錨固的目的，在注漿過程中可對孔壁附近裂隙進行封堵、填充，提高了錨索錨固效果，加強了錨索支護質量。

3）堵水效果好：注漿錨索在施工過程中注漿液可通過圍巖裂隙進行滲透，通過窺視孔觀察發現，注漿液滲透半徑達1.0 m，注漿液可對圍巖裂隙進行充分填充封堵，同時注漿液凝固后形成一個厚度達7.0m，直徑為1.0 m的圓柱形混凝土帷幕圈，起到有效隔水、堵水的作用[5]。

4）實用性強：注漿錨索不僅可用于復雜地質條件的采掘工作面中，而且還可用于水利、橋梁、隧道等工程領域中，實用性強，應用區域廣。

3.2 實際應用效果分析

截止目前，14 采區輔助運輸巷已掘進到位，通過對巷道斷層帶處頂板施工注漿錨索后，不僅有效控制了斷層應力區破碎頂板整體穩定性，應力區圍巖未出現破碎、冒落現象，頂板下沉量控制在0.3 m以下。同時采用注漿錨索后，對巷道頂板圍巖裂隙進行充分填堵，阻斷了上覆含水層涌水通道，防止了巷道掘進期間發生頂板淋水現象。通過現場觀察發現，巷道在后期掘進過程中頂板最大淋水量不足0.3 m3/h。

4 結論

北辛窯煤礦對輔助運輸巷斷層帶處裂隙頂板采取注漿錨索支護后，大大提高了頂板整體穩定性，以及頂板隔水性能，避免了因頂板出現淋水現象，導致頂板支護難度大、頂板支護失效率高等現象，起到了有效的堵水效果，保證了巷道安全快速掘進，取得了顯著應用成效。