深部區(qū)域巷道圍巖控制中預(yù)應(yīng)力錨注技術(shù)的應(yīng)用

孫樹峰

（汾西礦業(yè)集團(tuán)賀西煤礦，山西 柳林 033300）

引言

隨著礦井開采深度的逐漸增加，地壓越來越大，使得巷道支護(hù)難度不斷增加，為確保深部區(qū)域巷道圍巖支護(hù)問題得到良好解決，合理運(yùn)用預(yù)應(yīng)力錨注技術(shù)特別重要，通過應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)，可以提升深部區(qū)域巷道圍巖控制效果，避免頂板巖石出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象。為保證預(yù)應(yīng)力錨注技術(shù)得到良好運(yùn)用，本文重點(diǎn)探討深部區(qū)域巷道圍巖控制當(dāng)中預(yù)應(yīng)力錨注技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)與注意事項(xiàng)，核心內(nèi)容如下。

1 深部區(qū)域巷道圍巖特點(diǎn)分析

深部區(qū)域巷道圍巖主要為環(huán)向受壓，同時(shí)具有非對(duì)稱的特點(diǎn)，其頂部和兩幫，包括底板同時(shí)受壓，通常頂部與兩幫具備支護(hù)，其底部不具備支護(hù)，壓力顯現(xiàn)比較明顯。結(jié)合深部區(qū)域巷道圍巖監(jiān)測現(xiàn)狀可以得知，在外界壓力的作用下，巷道頂部穩(wěn)定結(jié)構(gòu)遭到破壞，使得頂板逐漸下沉，當(dāng)其實(shí)際下沉量超出100 mm，噴漿皮會(huì)逐漸脫落，出現(xiàn)比較多的網(wǎng)包，個(gè)別錨索處于失效狀態(tài)。同時(shí)，在深部區(qū)域巷道圍巖當(dāng)中，因?yàn)榈装迦狈χёo(hù)，底板煤巖體流變性底鼓，再加上受外界采動(dòng)影響過大，巷道圍巖周圍容易出現(xiàn)不同程度的鼓包現(xiàn)象，通過進(jìn)行有效處理，可以取得較好效果[1]。

2 預(yù)應(yīng)力錨注技術(shù)的具體運(yùn)用

2.1 案例分析

某煤礦對(duì)深部區(qū)域巷道圍巖控制要求較高，由于礦壓較為明顯，在-330 m 位置的水平巷道部位出現(xiàn)嚴(yán)重破壞，其中，中區(qū)專用回風(fēng)巷出現(xiàn)漿體開裂現(xiàn)象，其底部發(fā)生鼓包現(xiàn)象，之前每年需要進(jìn)行1 到2 次的修筑處理。在-330 m 中區(qū)集中軌道下山車場位置，雖然應(yīng)用巷道維修技術(shù)，但是兩幫刷直工作沒有完成，故需要進(jìn)行二次修刷處理，并將軌道進(jìn)行調(diào)平處理，在其他巷道項(xiàng)目當(dāng)中，巷道的兩幫發(fā)生比較嚴(yán)重的片落與開裂現(xiàn)象，也需要進(jìn)行多次維修。

2.2 應(yīng)力測試

應(yīng)力測試步驟如下：正常安裝錨桿，將錨桿測力表設(shè)置在螺母和托盤之間，可以獲得錨桿測力表和扭矩記錄的具體讀數(shù)。通常來講，錨桿機(jī)安裝結(jié)束后，其即時(shí)荷載顯示為8.5 t，錨桿機(jī)和錨桿分離后，其穩(wěn)定荷載是7.5 t，安裝扭矩是290 N·m。

2.3 錨桿施工要點(diǎn)

在預(yù)應(yīng)力錨注施工期間，施工作業(yè)人員需要加強(qiáng)準(zhǔn)備，重點(diǎn)包含拉拔試驗(yàn)、鉆孔錄像觀測與巷道表面刷至設(shè)計(jì)尺寸、高預(yù)應(yīng)力錨桿與注漿錨桿施工、混凝土噴射施工、注漿施工、底板混凝土澆筑施工等一系列內(nèi)容。在實(shí)際施工環(huán)節(jié)，要求作業(yè)人員注意以下幾個(gè)問題：

1）鉆孔施工。在此項(xiàng)目當(dāng)中，鉆孔直徑為30 mm，鉆孔的實(shí)際深度需要結(jié)合錨桿有效長度來確定，鉆孔角度需要按照實(shí)際設(shè)計(jì)圖紙要求進(jìn)行施工。結(jié)合鉆孔施工特點(diǎn)可以得知，施工人員需要合理控制鉆機(jī)的角度與深度，在孔底施工期間，要將鉆桿上、下移動(dòng)，然后對(duì)鉆孔進(jìn)行徹底的沖洗。

2）金屬網(wǎng)施工。結(jié)合此深部區(qū)域巷道圍巖控制特點(diǎn)可以得知，施工人員所選擇的金屬網(wǎng)，其直徑不宜小于6 mm，將其制作為經(jīng)緯平網(wǎng)，規(guī)格為2 000 mm×1 000 mm，網(wǎng)格的規(guī)格為60 mm×60 mm，其實(shí)際搭接長度在100 mm 到200 mm 之間，相鄰的兩塊網(wǎng)利用鐵絲進(jìn)行穩(wěn)定連接，在連接點(diǎn)施工期間，需要保持用力均勻，其實(shí)際間隔為0.3 m。

3）高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力注漿錨桿施工。施工人員需要合理安裝錨桿，將減阻墊圈和托盤等一系列組件，按照先后順序，有序傳入到錨桿當(dāng)中[2]。錨桿安裝結(jié)束后，需要及時(shí)安裝樹脂，將樹脂錨固劑通過錨桿有序推進(jìn)到鉆孔的內(nèi)部，在具體操作環(huán)節(jié)，保持用力均勻、連續(xù)，防止樹脂錨固劑受穿刺后發(fā)生破損。利用鉆機(jī)推送樹脂錨固劑，待錨桿接入到鉆機(jī)內(nèi)部后，利用鉆機(jī)，將錨固劑直接推送到鉆孔的深處，一直到頂不動(dòng)為止。對(duì)錨固劑進(jìn)行充分的攪拌，通過利用鉆機(jī)，針對(duì)錨固劑進(jìn)行有效攪拌，在此期間，可以將鉆機(jī)推力直接調(diào)整到最大值，攪拌時(shí)間在15 s 到20 s 之間。同時(shí)，施工人員還要嚴(yán)格控制托盤和頂板之間的間隙，錨固劑攪拌結(jié)束后，保證頂板和托盤之間保持5 mm～10 mm 的空隙。

4）將阻尼打開。錨固劑充分?jǐn)嚢柚螅却?0 s到60 s，將錨桿鉆機(jī)啟動(dòng)，同時(shí)打開螺母阻尼，利用錨桿，將螺母擰緊處理，在此操作環(huán)節(jié)，鉆機(jī)僅旋轉(zhuǎn)不推進(jìn)。

5）提升安裝應(yīng)力。將錨桿鉆機(jī)連接至扭矩放大器當(dāng)中，及時(shí)擰緊螺母，保證其實(shí)際安裝應(yīng)力達(dá)到8 t，錨桿施工作業(yè)順序是由外向內(nèi)、先頂板然后兩幫施工。

2.4 其他注意要點(diǎn)

2.4.1 科學(xué)布置觀測點(diǎn)

巷道拱頂下沉和水平收斂情況，能夠有效反映出圍巖的動(dòng)態(tài)變化水平，在判定圍巖穩(wěn)定性的過程當(dāng)中，需要加強(qiáng)現(xiàn)場測量。各個(gè)觀測點(diǎn)的實(shí)際布置方式主要包含隨機(jī)布點(diǎn)與均勻布點(diǎn)兩種方法，一般來講，相距30 m 到50 m 的距離，需要合理布置觀測點(diǎn)，在采區(qū)內(nèi)部，需要采用隨機(jī)布點(diǎn)方式，并綜合考慮巷道的實(shí)際情況，確定觀測點(diǎn)的實(shí)際布置密度。同時(shí)，為確保觀測點(diǎn)布置更加科學(xué)，有關(guān)人員還要運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件，模擬巷道幾何模型，具體見圖1。

圖1 模擬巷道幾何模型

2.4.2 合理選擇支護(hù)形式

針對(duì)圍巖松軟破碎深井高應(yīng)力巷道特點(diǎn)可以得知，通過采取被動(dòng)支護(hù)方法，能夠取得較好的巷道加固效果，如果圍巖過于松動(dòng)，會(huì)影響其實(shí)際施工強(qiáng)度，嚴(yán)重的還會(huì)發(fā)生隱形拱現(xiàn)象，最終使得支護(hù)處于失效狀態(tài)。在此項(xiàng)目當(dāng)中，因?yàn)橄锏罍\部的圍巖松軟破碎可錨性比較差，所以，施工人員需要采取綜合性的錨桿錨索進(jìn)行加固，進(jìn)而取得較好的控制效果[3]。

2.4.3 針對(duì)注漿錨索進(jìn)行二次張拉和錨固處理

在此深部區(qū)域巷道圍巖支護(hù)施工期間，錨固方式采取全長錨固方法，在其端部采取水泥灌漿錨固方法，一般來講，灌漿錨固長度在1 500 mm～2 000 mm之間，預(yù)留鋁塑管實(shí)施二次注漿施工，灌漿結(jié)束7 d之后，施工人員需要將錨索托盤與鎖具安裝到“幾”字型的鋼筋梯子梁上部實(shí)施錨索張拉處理，錨索預(yù)緊力不宜小于200 kN，以上施工完畢后，需要對(duì)錨索預(yù)留鋁塑管實(shí)施二次水泥注漿施工，全部錨索需要和井筒底板保持垂直狀態(tài)。

2.4.4 混凝土澆筑施工

在混凝土澆筑施工之前，施工人員需要將鋼筋籠下部的泥沙與積水進(jìn)行徹底清理，混凝土強(qiáng)度等級(jí)是C30，在混凝土澆筑施工期間，需要振搗密實(shí)，針對(duì)鋼筋比較密的區(qū)域，需要分次下料，并逐漸縮小混凝土分層振搗厚度。砂、石與水泥等材料，均需要按照有關(guān)規(guī)定配合比進(jìn)行施工，同時(shí)進(jìn)行均勻攪拌。在混凝土澆筑期間，鋼筋籠兩端和巷幫掏槽部位不宜出現(xiàn)較大間隙，為提升支撐效果，在混凝土內(nèi)部，可以添加適量的早強(qiáng)劑，早強(qiáng)劑的實(shí)際使用量是混凝土量的3%到6%左右。

2.4.5 加強(qiáng)巷道支護(hù)觀測

礦壓觀測的工作目標(biāo)是，針對(duì)巷道圍巖動(dòng)態(tài)，包括礦壓規(guī)律進(jìn)行有效觀測，有效檢驗(yàn)支護(hù)設(shè)計(jì)和施工技術(shù)是否合理，并采取合理的方法，對(duì)圍巖控制方案進(jìn)行完善，在巷道支護(hù)觀測環(huán)節(jié)，有關(guān)人員可從以下兩方面入手：

第一，加強(qiáng)微觀觀測。在觀測過程當(dāng)中，有關(guān)人員需要對(duì)表面位移量和支護(hù)受力情況進(jìn)行觀測，一般來講，表面位移量主要包含頂板移近量和底板移近量以及巷道底鼓量等，支護(hù)受力觀測對(duì)象主要為支架受力與位移等內(nèi)容[4]。

第二，加強(qiáng)宏觀觀測。在實(shí)際觀測工作當(dāng)中，有關(guān)人員需要對(duì)施工工藝變化與巷道的支護(hù)情況進(jìn)行觀測。

3 效果分析

結(jié)合此項(xiàng)目現(xiàn)場情況能夠得知仍然出現(xiàn)輕微的底鼓現(xiàn)象，究其原因，主要是由于巷道兩幫和底部巖體的強(qiáng)度比較低，其所承受的實(shí)際壓力過大，頂板和兩幫支護(hù)強(qiáng)度增加后，巷道頂板壓力經(jīng)過煤壁逐漸傳遞至兩幫巖體，使得應(yīng)力在底部和兩幫集中釋放，引發(fā)嚴(yán)重的變形現(xiàn)象。所以，為確保兩幫巖體位置錨桿質(zhì)量符合規(guī)定要求，需要提升弱勢巖體的施工強(qiáng)度。

此外，采取預(yù)應(yīng)力錨注支護(hù)軟巖巷道，巷道巖頂板和兩幫變形能夠得到有效控制，取得比較好的支護(hù)效果，通過采取此種方式，能夠提升頂板和兩幫的穩(wěn)定性與整體性，充分發(fā)揮出支護(hù)系統(tǒng)的各項(xiàng)優(yōu)勢，取得較好支護(hù)效果。

4 結(jié)語

主要對(duì)深部區(qū)域巷道圍巖控制中預(yù)應(yīng)力錨注技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)和注意事項(xiàng)進(jìn)行分析，有效提升深部區(qū)域巷道圍巖控制效果，能夠?yàn)橄嚓P(guān)人員提供良好幫助和參考。