錨注技術(shù)在深部開采復(fù)雜地質(zhì)條件巷道圍巖控制中的應(yīng)用

王立新

【摘 要】 深部開采時(shí)巷道圍巖受到較大地應(yīng)力作用，圍巖控制難度較大，特別是巷道掘進(jìn)區(qū)域地質(zhì)條件復(fù)雜時(shí)，圍巖變形量大、控制困難成為制約巷道掘進(jìn)、使用的主要問題。5112軌道巷在掘進(jìn)通過背斜構(gòu)造影響區(qū)時(shí)，圍巖變形量較大且未有收斂趨勢(shì)，若不采取措施則面臨較大的冒頂風(fēng)險(xiǎn)。通過鉆孔窺視發(fā)現(xiàn)圍巖裂隙發(fā)育、破碎范圍大以及錨索錨固端處于破碎范圍邊緣等因素是導(dǎo)致巷道圍巖持續(xù)變形的主要原因，為此提出使用注漿錨索對(duì)圍巖進(jìn)行控制，通過注漿增強(qiáng)圍巖承載能力及穩(wěn)定性，并與巷道支護(hù)體系耦合實(shí)現(xiàn)圍巖有效控制。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，巷道頂?shù)装濉⑾飵妥冃瘟糠謩e控制在35mm、23mm以內(nèi)，圍巖變形整體較小，滿足了復(fù)雜地質(zhì)條件深部開采巷道圍巖控制需要。

【關(guān)鍵詞】 深度開采;地質(zhì)構(gòu)造;圍巖控制;注漿錨索;圍巖注漿

【中圖分類號(hào)】 TD353 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A 【文章編號(hào)】 2096-4102（2021）04-0013-03

隨著礦井采掘深度增加，煤炭回采時(shí)受到地質(zhì)條件影響更趨明顯。深部開采時(shí)巷道圍巖在高地應(yīng)力、地質(zhì)構(gòu)造等綜合作用下出現(xiàn)圍巖變形嚴(yán)重、支護(hù)困難等問題，掘進(jìn)巷道面臨“先掘后修”“頻繁修整”局面，不僅增加巷道支護(hù)、維護(hù)成本，而且給礦井回采安全帶來較大威脅。結(jié)合巷道掘進(jìn)深度、地層情況以及地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育情況對(duì)支護(hù)參數(shù)、支護(hù)工藝以及支護(hù)材料等不斷更新，可更好地滿足圍巖控制需要。近些年來，錨注技術(shù)在深度軟巖巷道、復(fù)雜地質(zhì)隧道圍巖支護(hù)中應(yīng)用逐漸廣泛，通過錨注可提升圍巖完整性承載能力，將錨索與巷道圍巖耦合成整體，共同抵抗圍巖變形，可滿足巷道長時(shí)間使用需要。

1 工程概況

山西某礦開采深度為715m，已進(jìn)入深部開采。 5112軌道巷設(shè)計(jì)斷面為直墻半圓形，凈高×凈寬=4.1m×5.4m，凈斷面積超過20m2，巷道主要用于5采區(qū)運(yùn)輸、通風(fēng)等工作，設(shè)計(jì)掘進(jìn)長度1860m，原設(shè)計(jì)采用錨網(wǎng)索+表層噴漿支護(hù)方式。5112軌道巷沿著11#煤層掘進(jìn)，煤層厚度平均3.97m，傾角6～10°，頂?shù)装鍘r性以泥巖、粉砂巖以及砂質(zhì)泥巖為主，具體見表1所示。

5112軌道巷在區(qū)域背斜背面掘進(jìn)，受到區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造影響，掘進(jìn)范圍內(nèi)存在煤體及頂?shù)装鍘r層破碎等問題，會(huì)給巷道圍巖控制帶來較大威脅，預(yù)計(jì)巷道掘進(jìn)至720m時(shí)會(huì)揭露背斜構(gòu)造軸部，在軸部位置圍巖破碎。巷道掘進(jìn)至690m時(shí)，頂板及煤體裂隙量呈增加趨勢(shì)，現(xiàn)場(chǎng)布置測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)頂?shù)装濉⑾飵驮?0d內(nèi)變形量分別可達(dá)到680mm、390mm，且未有收斂跡象。表明現(xiàn)階段巷道使用的支護(hù)方式以及支護(hù)參數(shù)難以滿足圍巖控制需要。

2 軌道巷圍巖結(jié)構(gòu)分析

在巷道掘進(jìn)680m、690m分別布置1號(hào)、2號(hào)測(cè)站在巷道頂板、巷幫位置施工窺視鉆孔對(duì)圍巖結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，具體窺視鉆孔布置見圖1所示。具體不同測(cè)站窺視鉆孔探測(cè)結(jié)果見表2所示。

從表2看出：

5112軌道巷圍巖結(jié)構(gòu)已出現(xiàn)整體性破壞，巷道頂部、拱部位置破壞程度明顯高于巷幫。1號(hào)測(cè)站頂部、拱部及巷幫破碎區(qū)范圍分別在1800mm、1900mm、1000mm以內(nèi)，而到2號(hào)測(cè)站時(shí)頂部、拱部及巷幫破碎區(qū)范圍分別增加至2500mm、2500mm、3000mm以內(nèi)，破碎區(qū)范圍顯著增加。

隨著巷道與褶曲軸部間距縮小，巷道頂部、拱部及巷幫裂隙發(fā)育速度以及分布密度呈增加趨勢(shì)。1號(hào)測(cè)站在頂部、拱部獲取到的裂隙發(fā)育密度分別為5.6條/m、4.8條/m、2.5條/m，而到2號(hào)測(cè)站時(shí)頂部、拱部裂隙發(fā)育密度分別增加至9.0條/m、6.8條/m、4.0條/m。

軌道巷圍巖松動(dòng)圈范圍已達(dá)到6300mm以上，接近上覆基本頂位置，同時(shí)隨著時(shí)間增加松動(dòng)圈范圍呈緩慢增加趨勢(shì)。軌道巷圍巖松動(dòng)破壞區(qū)范圍已達(dá)到巷道錨索錨固端位置，錨索起到的懸吊作用顯著弱化，無法有效控制圍巖變形。因此，降低軌道巷圍巖破碎區(qū)、裂隙區(qū)發(fā)育范圍，提升圍巖整體穩(wěn)定性以及抗變形能力，是實(shí)現(xiàn)巷道圍巖控制關(guān)鍵。

3 錨注支護(hù)技術(shù)

3.1 錨索注漿設(shè)計(jì)

根據(jù)巷道圍巖鉆孔窺視結(jié)果以及所處位置地質(zhì)條件，巷道圍巖變形重點(diǎn)需要對(duì)頂部、拱部位置進(jìn)行錨索注漿。錨索注漿從680m開始，直至通過褶曲影響段為止（預(yù)計(jì)至760m位置），錨注注漿加固長度預(yù)計(jì)為80m（見圖2）。

采用的錨注錨索型號(hào)為SKP22/1-1860，具體參數(shù)中錨索技術(shù)參數(shù)見表3所示。在巷道頂部、拱部共布置5根注漿錨索，按照1500mm×1500mm間排距布置，具體注漿錨索布置情況見圖3所示。

3.2 注漿錨索施工

3.2.1 施工方法

錨索鉆孔采用型號(hào)MQ7-130/2.9C風(fēng)鉆鉆進(jìn)，配套使用φ28mm鉆頭、φ19mm×1000mm六角鋼釬鉆桿。

錨桿鉆孔施工完畢后，開始進(jìn)行注漿錨索施工。在錨索注漿前，在距離錨索端頭300mm位置安裝止?jié){塞;注漿錨索鉆孔孔口形狀設(shè)置成喇叭口形，并在錨索端頭纏繞一定量的棉紗或者棉線;在注漿錨索安裝時(shí)，應(yīng)確保錨索托盤與巷道壁緊密貼合，每根錨索內(nèi)均塞入4支型號(hào)Z2335樹脂錨固劑，從而將錨索錨固長度控制在1500mm。

注漿錨索施工工序?yàn)椋菏┕の恢么_定→錨索鉆孔施工→檢測(cè)鉆孔質(zhì)量→安裝錨索及注漿管路→注漿準(zhǔn)備→按照順序進(jìn)行注漿。

注漿按照巷幫、拱部、頂部順序進(jìn)行，注漿前先拆除鎖具、錨盤，確保注漿球閥與注漿錨索尾部內(nèi)螺紋牢固連接，最后將注漿球閥管路端連接至注漿泵。注漿時(shí)應(yīng)首先壓風(fēng)管路后開啟注漿泵，在注漿泵啟動(dòng)初期注漿速度不宜過大，通過閥門由小到大緩慢張開，確保注漿漿液可均衡等進(jìn)入中空注漿錨索內(nèi);在注漿過程中若發(fā)現(xiàn)注漿壓力達(dá)到終壓時(shí)且注漿管路不再吸漿時(shí)，按照先停泵、再關(guān)閉注漿錨索頭部截門、最后打開卸壓管路。

注漿錨索完成注漿后，首先應(yīng)檢查錨索孔封孔口效果，當(dāng)止?jié){塞與孔口間存在有較大縫隙時(shí)，可使用棉紗對(duì)縫隙進(jìn)行封堵，隨后按照要求依次安裝托盤、球形墊圈、索具等設(shè)備;注漿錨索以及張拉設(shè)備安裝到位后，根據(jù)設(shè)計(jì)錨固力要求進(jìn)行張拉，確保張拉后預(yù)緊力在190kN以上。

3.2.2 注漿材料

注漿材料選擇使用水泥漿液，具體水灰比為1：2。為提升水泥漿液加固效果，在漿液中按照水泥質(zhì)量的8%添加ACZ-1添加劑。

錨索注漿時(shí)注漿壓力控制在5～8MPa。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)注漿條件以及注漿參數(shù)，預(yù)計(jì)單個(gè)注漿錨索注漿持續(xù)時(shí)間在15～20min.

3.3 圍巖控制效果分析

5112軌道巷掘進(jìn)過背斜構(gòu)造期間，采用錨注技術(shù)控制圍巖變形。巷道支護(hù)完成后，對(duì)圍巖變形量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，具體監(jiān)測(cè)結(jié)果見圖4。結(jié)果發(fā)現(xiàn)巷道頂?shù)装濉⑾飵偷茸冃瘟空w較小，最大變形量分別控制在35mm、23mm以內(nèi)，圍巖變形10d即趨于穩(wěn)定。

4 總結(jié)

5112軌道巷掘進(jìn)至背斜構(gòu)造影響范圍內(nèi)時(shí)，通過鉆孔窺視發(fā)現(xiàn)，在背斜構(gòu)造影響范圍內(nèi)巷道圍巖中破碎區(qū)范圍已達(dá)到錨索錨固端位置，錨索難以有效控制圍巖變形。在構(gòu)造影響下圍巖裂隙發(fā)育，采用原有的錨網(wǎng)索+噴漿方式難以滿足圍巖控制需要。提高背斜構(gòu)造影響范圍內(nèi)巷道圍巖強(qiáng)度及自身抗變形能力是實(shí)現(xiàn)巷道圍巖變形控制關(guān)鍵措施。

文章提出在原有支護(hù)體系基礎(chǔ)上，將普通錨索更換為注漿錨索，通過錨索向巷道圍巖裂隙中壓注漿液，將錨索與圍巖耦合成整體并提高巖層穩(wěn)定性以及自身承載能力，巷道圍巖支護(hù)體系與圍巖共同作用控制巷道變形。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，巷道頂?shù)装濉⑾飵驮谥ёo(hù)完成后的10d即趨于穩(wěn)定，變形量分別控制在35mm、23mm以內(nèi)，圍巖控制效果顯著。

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