中空注漿錨索在破碎圍巖中的應用

高 雄

（晉能控股煤業集團雁崖煤業大同有限公司，山西 大同 037031）

巷道掘進期間遇圍巖破碎帶會出現頂板下沉，兩幫收縮、片幫以及底鼓等現象，巷道掘進過程中圍巖內部會形成松動圈，且隨著應力的持續破壞作用，圍巖松動圈范圍不斷擴大。對此類巷道傳統的支護方法主要采用高強度錨桿（索）進行維護，而錨桿（索）在圍巖松動圈內進行支護時，不僅支護鉆孔施工難度大，錨桿錨固效果差，而且錨桿支護預應力在圍巖裂隙內釋放，無法通過桿體有效傳遞至穩定基巖內，從而大大降低了錨桿（索）支護強度。所以對處于應力區破碎圍巖中的巷道采取合理有效的支護設計，對圍巖控制、施工安全、巷道掘進效率等具有重要意義。

1 工程概況

晉能控股煤業集團雁崖煤業大同有限公司5310 巷位于三盤區東翼，工作面北部為8311 工作面（未開拓），南部為8309 工作面，西部為三盤區主要三條大巷，東至保護煤柱為界。

5310 高抽巷設計長度為2 610 m，巷道設計斷面寬×高為4.8 m×3.7 m，巷道在3#與5#合并煤層中掘進，煤層平均厚度為8.96 m，平均傾角為4°，煤層結構復雜，煤層內含多層夾矸，夾矸總厚度為1.78 m，煤層局部區域存在煌斑巖侵入，3#-5#煤層頂底板巖性見表1。

表1 3#-5#煤層頂底板巖性匯總

根據5310 巷掘進地質報告，5310 巷掘進期間預計揭露9 條正斷層，斷層平均落差為1.4 m，傾角為52°，其中位于巷道322 m、657 m、1 420 m處揭露的F3、F5、F8三條斷層落差相對較大，最大落差為2.6 m（F5斷層）。

5310 巷采用EBZ260 型掘進機掘進，截至2021年2月11日巷道已掘進至648 m，由于受F5 斷層影響，巷道掘進至640 m處時進入斷層應力區，巷道圍巖出現應力顯現現象，主要表現在兩幫收斂，頂板破碎等，巷道掘進至645 m處時頂板出現第一次冒漏，而原采用的錨桿（索）支護在破碎頂板中支護效果差，無法滿足巷道掘進施工需要。

2 注漿錨索支護

2.1 支護原理

在應力區圍巖施工注漿鉆孔，對鉆孔內錨注中空注漿錨索，并對錨索施加預應力，然后采用專用注漿泵，對中孔錨索進行高壓注漿施工，注漿材料在壓力作用下沿孔壁裂隙滲透，從而對孔壁裂隙進行粘接重組，同時在注漿過程中漿液將注漿錨索與孔壁進行粘接，從而改變了錨索的受力狀態，實現了注漿錨索全長錨固，大大提高了錨索支護效果。

2.2 支護結構

5310 巷破碎頂板采用的注漿錨索長度為6.0 m，直徑為35 mm，錨索為8 股中空狀，中部孔直徑為14 mm，注漿錨索楔頭芯桿長度為1.5 m，主要用于樹脂錨固；在楔頭芯桿往外3.0 m范圍內沿注漿錨索四周布置輔助出漿孔，見圖1。在注漿錨索端頭處安裝止漿塞，注漿施工時采用注漿鋼管與軟管配套使用，注漿鋼管直徑為12 mm，注漿軟管直徑為10 mm。

圖1 中空注漿錨索結構

2.3 注漿施工

（1）巷道掘進至650 m處時原頂板錨桿支護設計不變，將頂板單錨索更換為注漿錨索，每排施工三根注漿錨索，錨索間距為2.0 m，排距為3.0 m，注漿錨索施工在相鄰兩排鋼帶之間。

（2）注漿錨索鉆孔采用MYT-190 型液壓錨桿鉆機施工，配套長度為1.2 m六棱鉆桿以及直徑為35 mm合金鉆頭，每排布置三個鉆孔（1#、2#、3#），鉆孔深度為6.0 m，其中中部2#鉆孔垂直頂板布置，兩幫1#、3#鉆孔與兩幫夾角為30°。

（3）鉆孔施工完后依次對鉆孔內錨注注漿錨索，每根錨索采用三支錨固劑錨固，錨固長度為1.2 m，錨固力不得低于290 kN。錨索錨固后在其外露端安裝一塊厚度為5 mm，長度及寬度為0.4 m拱形鋼托板并采用鎖具預緊，預緊力不低于220 kN。

（4）注漿錨索錨固后依次安裝注漿軟管、注漿鋼管以及止漿塞，止漿塞為聚氨酯彈性塞，將注漿鋼管與注漿泵連接進行注漿施工，注漿液采用聚氨酯化學材料，注漿壓力為4.5 MPa，單孔注漿時間為15 min。

3 巷道頂板變形監測分析

2021年2月22日5310 巷已掘進至705 m處，巷道完全過F5 斷層應力區，為了便于對巷道頂板變形觀測，在應力區巷道頂板每隔10 m安裝一臺GUD500 型數顯頂板離層儀，同時在注漿錨索施工前應力區頂板安裝一臺離層儀，離層儀深基點安裝在頂板往上7.0 m處，淺基點安裝在頂板往上2.5 m處，通過20 d現象觀察對比分析發現：

1）應力區頂板未采用中空注漿錨索支護時，巷道頂板破碎、斷裂現象嚴重，頂板支護效果差，在0～10 d范圍頂板蠕動變形嚴重，頂板下沉量成直線上升趨勢，在10 d內頂板下沉量達0.26 m，在10～15 d內頂板下沉量逐漸減小，在第10 d頂板下沉量達0.34 m，見圖2。

圖2 注漿錨索施工前后頂板變形曲線

2）應力區頂板采用注漿錨索支護后，在0～8 d范圍頂板同樣產生蠕動變形現象，頂板最大下沉量為0.17 m，在8～20 d范圍內注漿后對圍巖裂隙填充完全凝固，且注漿錨索對圍巖實現耦合支護作用，頂板下沉量注漿減小，在第20 d頂板下沉量為0.22 m，滿足應力區頂板支護要求。

4 結論

1）注漿錨索支護與傳統錨桿（索）支護相比，通過注漿將鉆孔壁裂隙巖體進行充分粘接，提高了孔壁附近巖體整體穩定性，加強了頂板承載能力，保證了錨索錨固效果，使錨索預應力能夠有效地傳遞至穩定基巖中，同時注漿錨索實現了注漿與錨注同步支護作用，大大提高了錨索支護質量及強度。

2）注漿錨索施工采用支護孔兼做注漿孔，與傳統注漿施工相比，減少了破碎頂板支護鉆孔及注漿鉆孔施工數量，提高了鉆孔成孔率，降低了鉆孔施工勞動作業強度，同時解決了傳統破碎頂板因支護鉆孔、注漿鉆孔施工數量多，導致鉆孔施工時對頂板產生擾動破壞作用。