注漿錨桿治理巷道底鼓的應(yīng)用

文/劉秉明

一、概述

西細(xì)莊礦主采煤層1號煤偽頂以泥巖、炭質(zhì)泥巖為主，平均厚度0.9m。直接頂為粉沙巖，平均厚度為5.29m，直接底為炭質(zhì)泥巖，平均厚度1.18m。老底以鮞狀泥巖為主，亦見粉沙巖，平均厚度5.44m。 1號煤煤層厚度 1.3～3.2m，傾角平均 5°，含矸2層，夾矸厚度0.4～0.8m，平均0.6m。由于1號煤巷道圍巖松軟且裂隙發(fā)育，煤巷、半煤巖巷均發(fā)生不同程度的底鼓現(xiàn)象，兩幫底角內(nèi)擠，底板鼓起，最大底鼓達(dá)800～1000mm以上。1號煤巷道設(shè)計(jì)為矩型凈斷面3000×2600mm2，采用錨網(wǎng)噴支護(hù)，頂板使用 Ф16×1800mm樹脂錨桿，間排距 1000×900mm，每幫3根長1500mm的木錨桿，噴漿厚度50mm。

二、巷道底鼓原因分析

1.圍巖強(qiáng)度。1號煤底板主要巖性為炭質(zhì)泥巖和鮞狀泥巖，泥巖強(qiáng)度低，具有流變性，巷道維護(hù)難度大，這是造成巷道底鼓的主要原因。

2.圍巖性質(zhì)。經(jīng)對1號煤底板巖樣礦物成分進(jìn)行測試，石英含量為71%，高嶺石含量為39%。巖樣分析表明，1號煤底板巖石以泥巖為主，高嶺石含量較高，巷道底板巖層易泥化、軟化，出現(xiàn)底鼓，造成失穩(wěn)變形破壞。

3.松動范圍。巷道開挖后，圍巖脫離原巖體松動碎脹后，直接作用在巷道表面的重力導(dǎo)致松動范圍加大，圍巖松動圈接近幫錨桿長度，錨桿支護(hù)局部失效。

4.支護(hù)形式及參數(shù)。巷道斷面為矩形，巷道受力條件較差，且錨桿支護(hù)參數(shù)偏低，間排距偏大，長度偏短，且巷道兩幫采取木錨桿控幫，巷道底角沒有施加底角錨桿，都對巷道支護(hù)效果產(chǎn)生一定的影響。

三、治理巷道底鼓方案選定

制定 《西細(xì)莊礦1號煤巷道修復(fù)加固技術(shù)方案》，認(rèn)為治理的重點(diǎn)應(yīng)是底板及兩幫。設(shè)計(jì)1號煤巷道采用兩幫及底角錨注、實(shí)施底角錨桿修復(fù)方案。先進(jìn)行刷幫臥底至設(shè)計(jì)巷道斷面，并在離底板200mm處實(shí)施底角錨桿錨固，底角錨桿規(guī)格Ф16×1800mm，排距800mm以-30°下扎，掛網(wǎng)噴漿（50mm厚）以封閉圍巖。

在此基礎(chǔ)上實(shí)施螺旋式注漿錨桿錨注支護(hù)，以加固兩幫，控制底鼓，注漿錨桿規(guī)格Ф25×1600mm，每幫3根，排距1600mm。底角錨桿以-45°下扎。集錨固、注漿為一體，利用桿體內(nèi)腔兼作注漿管，向裂隙內(nèi)注漿，使破碎的煤（巖）膠結(jié)成整體并與原煤（巖）緊密連接，形成整體支護(hù)系統(tǒng)。在頂板受力較大處實(shí)施錨索加強(qiáng)支護(hù)，錨索規(guī)格Ф15.24×5000mm，每斷面頂板布置2根，排距2000mm，間距1200mm錨索拉拔力10t。修復(fù)加固如圖所示。

底角錨桿、錨注加固支護(hù)結(jié)構(gòu)圖

四、注漿錨桿錨注參數(shù)確定及注漿工藝

1.注漿錨桿。采用螺旋式注漿錨桿Ф25mm，長1.6m，螺旋注漿錨桿螺旋進(jìn)孔后靠摩擦力自動固定，不需再用錨固劑，并可承受5MPa的注漿壓力，而且在封口處有橡膠止?jié){塞。

2.注漿材料。采用單液水泥漿注漿，水泥選用425＃普通硅酸鹽水泥，水灰比0.5～0.6，添加1.5%的FDN型減水劑。

3.注漿參數(shù)。注漿壓力：錨桿注漿壓力一般為1.0MPa，最大注漿壓力1.5MPa；注漿量：每孔注入水泥量50～100kg左右，當(dāng)注入水泥量超過300kg、注漿壓力仍未達(dá)到注漿終壓時，可暫停注漿，待2小時后復(fù)注，若復(fù)注時注入水泥量超過500kg，壓力仍未達(dá)到注漿終壓，應(yīng)檢查是否有漏漿、跑漿現(xiàn)象，再換孔注漿。

4.注漿工藝。運(yùn)料與拌漿：將水泥與水按規(guī)定水灰比拌制成水泥漿，隨后加入減水劑拌均。要求保證在注漿過程中不發(fā)生吸漿龍頭堵塞等現(xiàn)象，并根據(jù)需要調(diào)整漿液參數(shù)；注漿泵的控制：根據(jù)巷道注漿變化情況，及時開、停注漿泵，并時刻注意觀察注漿壓力，以免發(fā)生堵塞崩管現(xiàn)象；孔口管路連接：應(yīng)注意前方注漿情況，并掌握好注漿量及注漿壓力，及時拆除和清洗注漿閥門。

5.注漿設(shè)備。注漿施工中所需設(shè)備主要為注漿泵，配備漿液攪拌桶，與注漿泵配套使用。注漿管路采用Φ25mm高壓膠管，并保證管路連接安全、快速、可靠。

6.巷道修復(fù)施工順序。

（1）單根注漿錨桿施工順序：按間排距鉆孔→安裝注漿錨桿及止?jié){塞→安裝球形閥及注漿管→開泵注漿→達(dá)到注漿參數(shù)時停止注漿→30分鐘后卸下球形閥→安裝托盤及螺母。

（2）按巷道斷面錨注順序：在一斷面內(nèi)先注兩幫底角，再從兩幫向上部鉆孔注漿，從下往上依次對稱進(jìn)行，其順序?yàn)?1→1＇→2→2＇→3→3＇。

（3）按巷道縱向錨注順序：在巷道縱向采用隔排注漿，其順序?yàn)?-1斷面→3-3斷面→5-5斷面→2-2斷面→4-4斷面→6-6斷面，重復(fù)上述過程。

7.注漿質(zhì)量檢測。

（1）檢測斷面。沿巷道每7.2m長布置一個檢測斷面，每斷面布置2根注漿錨桿，如圖所示。

檢測斷面注漿錨桿布置圖

（2）注漿檢測。對所示2根注漿錨桿分別進(jìn)行注漿，當(dāng)出現(xiàn)1根注漿壓力小于0.5MPa、注入水泥量大于50kg時，說明該處未注密實(shí)或圍巖裂隙未充滿，應(yīng)對檢查孔繼續(xù)注漿；并在該范圍內(nèi)加大檢查密度，凡不合格地段均需重注。

五、安全技術(shù)措施

1.注漿人員必須經(jīng)過安全技術(shù)培訓(xùn)后方能上崗。

2.泵站放在頂板完好的地方，與工作面保持20m的距離。開泵前確保注漿泵油箱油位不低于最低油面，檢查各部件是否松動。必須把泵站與注漿錨桿連接的膠管掛在煤壁上，防止膠管被砸壞。注漿泵必須通過線控開關(guān)控制，控制線不得少于5m，并檢查泵站電機(jī)轉(zhuǎn)向。

3.工作人員應(yīng)避開孔口管位置，注漿及關(guān)閉拆卸注漿截止閥時不得站在鉆眼及注漿錨桿的正前方。

4.注漿前要對整個管路系統(tǒng)做壓水耐壓試驗(yàn)，檢查管路上的所有接頭、閥門及管件的耐壓能力。注漿人員嚴(yán)格執(zhí)行注漿泵操作規(guī)程，時刻注意注漿泵壓力表變化情況，發(fā)現(xiàn)異常情況及時停泵。

5.注漿時指派專人觀察巷道，發(fā)現(xiàn)巷道壁有掉皮、開裂、凸起等異?，F(xiàn)象應(yīng)立即打開泄壓閥、關(guān)閉孔口閥門。各注漿孔必須編號，認(rèn)真統(tǒng)計(jì)各孔注漿量。

6.注漿結(jié)束后，立即用清水沖洗管路和注漿泵。

六、治理效果及結(jié)論

通過利用注漿錨桿對1號煤巷道底鼓治理，原先1號煤巷道底鼓量50mm/月降低到半年10mm，巷道兩幫未發(fā)生變形。同時降低了巷道重復(fù)起底、返修的工程費(fèi)用。

采用注漿錨桿使?jié){液封堵圍巖裂隙防止圍巖被水侵蝕而降低自身強(qiáng)度。將松散煤（巖）破碎塊膠結(jié)成整體，從而提高煤（巖）體的內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角，使巖體本身成為支護(hù)結(jié)構(gòu)。巷道注漿后支護(hù)效果發(fā)生質(zhì)的變化，保持了巷道圍巖的穩(wěn)定性，從而有效地控制巷道底鼓。