中空波紋鋼注漿錨桿在礦井支護(hù)技術(shù)應(yīng)用

朱慎強(qiáng) 王目軍 曹 軍

（淮北礦業(yè)集團(tuán)公司 桃園煤礦，安徽 宿州 234116）

1 情況介紹

桃園煤礦北翼采區(qū)運(yùn)輸大巷位于72煤層底板40m～50m處，平均法線距離45m，82煤層底板20m～30m處，平均法線距離21m，巷道圍巖巖性主要為砂巖或粉砂巖，局部為頁巖。在上覆工作面回采期間，北二、北四運(yùn)輸大巷受采動影響較大，巷道片幫、掉頂，U型棚支架變形嚴(yán)重；針對該種狀況，我礦于2011年7月對運(yùn)輸大巷補(bǔ)強(qiáng)加固方式進(jìn)行調(diào)研，研究決定對受上覆工作面采動影響的北四～北八運(yùn)輸大巷段進(jìn)行超前補(bǔ)強(qiáng)加固；加固方式為：錨噴巷道采取全斷面錨帶網(wǎng)噴進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固，U型棚支護(hù)段采取以圍巖注漿為主，補(bǔ)打注漿錨桿實施壁后充填和圍巖注漿方式進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固。U型棚支護(hù)段注漿補(bǔ)強(qiáng)加固工藝與2011年9月設(shè)計并進(jìn)行實施。

2 錨注加固原理分析

錨注工藝是在錨桿支護(hù)作用原理的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，除具有懸吊作用、組合梁作用、擠壓加固作用外，還有充填粘結(jié)、密封作用等。利用錨管注漿，漿液在注漿泵壓力下被壓入巖體，將原來的軟散巖體膠結(jié)成整體，從而提高了巖體的剛度和全承載能力；另外注漿使錨桿由原來端錨變成全錨，產(chǎn)生一定預(yù)應(yīng)力，將巖石組成一個緊密的組合拱，從而進(jìn)一步提高了圍巖體的整體強(qiáng)度，使圍巖體的自身承載能力大大提高，同時，由于漿液的擴(kuò)散作用，組合拱半徑增大，能有效克服較大構(gòu)造應(yīng)力及巖層壓力，保持圍巖自身的長期穩(wěn)定。

3 注漿錨桿施工及注漿工藝

3.1 注漿錨桿參數(shù)及布置方式

3.1.1 注漿錨桿結(jié)構(gòu)

注漿錨桿規(guī)格Φ22×2200mm，采用中空波紋無縫鋼管制作，壁厚4mm，桿體上順序鉆有Φ6mm注漿孔，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，桿尾設(shè)麻花錨固段，1個樹脂錨固藥卷端錨，錨固力5t，封孔采用快硬水泥藥卷。

圖1 中空波紋注漿錨桿結(jié)構(gòu)

3.1.2 中空波紋注漿錨桿布置

中空波紋注漿錨桿全斷面布置，U型棚棚檔中頂布置一根，然后向兩側(cè)布置，間排距為1300×1500mm；共布置7根注漿錨桿。

圖2 注漿錨桿布置圖

3.2 注漿參數(shù)

3.2.1 水灰比

注漿材料是注漿技術(shù)中一個不可分割的部分，漿液的可注性及其力學(xué)性能是決定注漿效果的關(guān)鍵因素，注漿材料的成本及漿液消耗量的大小又決定了注漿加固技術(shù)經(jīng)濟(jì)上的合理性。因此，注漿材料的選取是巷道注漿加固能否成功的先決條件。

注漿材料的選取主要考慮下列原則：漿液的結(jié)石體最終強(qiáng)度高；漿液結(jié)石率高，與巖體具有良好的粘附性；漿液流動性好，配比易調(diào)；漿液具有足夠的穩(wěn)定性；漿液成本低廉無毒無味。故注漿材料采用普通硅酸鹽水泥加添加劑，水泥采用525#普通硅酸鹽水泥，添加劑用量為水泥重量的 4%～6%。 漿液水灰比為 0.7：1～1：1，漿液配合比如表 1 所示。

表1 水泥添加劑單液漿配制表

3.2.2 水泥添加劑

為了增加水泥漿液的和易性、流動性、微膨脹性，提高水泥漿液的結(jié)石率和錨注巖體的強(qiáng)度，采用ACZ-1型水泥添加劑，用量為水泥重量的4%～6%。

3.2.3 注漿量

對于巷道圍巖的注漿，其注漿效果的好壞，關(guān)鍵取決于注漿參數(shù)的選擇。

巷道圍巖注漿效果的控制程度取決于施工隊的經(jīng)驗及技術(shù)熟練程度。他們必須根據(jù)測得的注漿壓力和漿液流速來選擇注漿的順序、是否變更或終止注漿過程。從成本最低的觀點來看，在注漿過程中，進(jìn)行有效的監(jiān)控是十分必要的。

由于圍巖裂隙發(fā)育，松動范圍的不均勻性和圍巖巖性的差異，圍巖吸漿量差別較大，所以本著既有效地加固圍巖達(dá)到一定的擴(kuò)散半徑，又要節(jié)省注漿材料和注漿時間的原則，對于單孔而言，為了保證合理的注漿量，一是控制泵壓，在圍巖內(nèi)泵壓達(dá)到3.0MPa時應(yīng)停止注漿；二是根據(jù)相鄰鉆孔跑漿量來決定，相鄰鉆孔一旦跑漿應(yīng)停止注漿。為保證注漿質(zhì)量，插孔復(fù)注是非常必要的。根據(jù)近幾年注漿實踐，每孔最大注入量每孔取為2袋水泥（每袋水泥50kg）。

3.2.4 注漿壓力

注漿壓力根據(jù)以往經(jīng)驗，注漿壓力為2.0～3.0MPa，最大注漿壓力為 3.0MPa。

3.2.5 注漿時間

為了防止注漿在弱面漿液擴(kuò)散較遠(yuǎn)，造成跑漏現(xiàn)象，在控制注漿壓力和注漿量的同時，必須控制注漿時間，使注漿時間不宜過長。一般單孔注漿時間取為3～5min。

3.3 施工工藝

3.3.1 中空波紋注漿錨桿施工

首先對巷道內(nèi)的U型棚支護(hù)情況進(jìn)行排查，敲幫問頂找凈活矸危巖后，對折幫漏頂?shù)呐镒舆M(jìn)行重新腰背并對巷道進(jìn)行全斷面噴漿封閉，噴漿厚度為50mm～100mm；噴漿結(jié)束后打注漿錨桿并進(jìn)行安裝注漿。

圖3 注漿施工工藝圖

具體工序如下：對巷道敲幫問頂→對巷道失修位置進(jìn)行修復(fù)→噴漿封閉→打注漿錨桿孔→安裝注漿錨桿。

3.3.2 注漿工藝

具體工序：注底角注漿錨桿→注兩幫注漿錨桿→注頂部注漿錨桿→復(fù)注（根據(jù)觀測結(jié)果確定是否復(fù)注及復(fù)注位置）。

注漿時采用自下而上、左右順序作業(yè)的方式，每斷面內(nèi)注漿錨桿自下而上先注兩幫，再注頂板錨桿。注漿完畢后，根據(jù)觀測結(jié)果確定是否復(fù)注及復(fù)注位置，主要是對初次注漿時，注漿效果較差的個別孔或是水泥凝結(jié)硬化時產(chǎn)生的收縮變形部位，通過復(fù)注可起到補(bǔ)注和加固作用，從而易于保證施工質(zhì)量。

注漿施工工藝流程主要包括三個方面：

（1）運(yùn)料與拌漿：即將水泥與水按規(guī)定水灰比拌制水泥漿，注漿實施前加入定量增塑劑，保證在注漿過程中不發(fā)生吸漿籠頭堵塞等現(xiàn)象，并根據(jù)需要調(diào)整漿液參數(shù)。

（2）注漿泵的控制：根據(jù)巷道注漿變化情況，即時開、停注漿泵，并時刻注意觀察注漿泵的注漿壓力，以免發(fā)生堵塞崩管現(xiàn)象。

（3）孔口管路連接：應(yīng)注意前方注漿情況，及時發(fā)現(xiàn)漏漿、堵管等事故，并掌握好注漿量及注漿壓力，及時拆除和清洗注漿閥門。

注漿施工工藝如圖3所示。

3.3.3 保證措施

（1）要保證注漿錨桿孔的設(shè)計間排距，并要求垂直于巖面，底角注漿錨桿下孔35°～45°，要嚴(yán)格控制孔深，使其與注漿錨桿長度配套。注漿錨桿尾部樹脂藥卷要攪拌均勻，達(dá)到設(shè)計錨固力要求。

（2）使用快硬水泥卷應(yīng)按規(guī)程作業(yè)，嚴(yán)格控制泡水時間，并保證砸實以滿足止?jié){強(qiáng)度。

（3）漿液配比、水灰比和注漿終壓應(yīng)滿足設(shè)計要求。

（4）開機(jī)前應(yīng)檢查噴層和管路，檢查閥門是否完全開啟，管路接頭要牢靠、嚴(yán)密、有效。

（5）注漿作業(yè)應(yīng)組成專門正規(guī)隊伍，注漿人員要經(jīng)過培訓(xùn)，考核合格后才能上崗。注漿機(jī)械應(yīng)由專人負(fù)責(zé)，有專人監(jiān)讀表頭，注漿時要加強(qiáng)信號聯(lián)系，保證注、停及時反應(yīng)快速。

（6）遇到漏漿時，可暫停注漿，采取措施封堵滲漏處，幾分鐘后即可再注。

（7）注漿的孔口閥應(yīng)注漿后6h拆除，可在第二班進(jìn)行，拆下的閥門要及時清洗干凈，然后抹上機(jī)油備用。

（8）注漿人員注意勞動保護(hù)，防止?jié){液材料燒傷眼睛或皮膚，在正注的錨桿下方或前方嚴(yán)禁站人。

（9）每班注漿完畢，要及時清洗注漿泵及其管路，及時維護(hù)。

（10）注漿情況及參數(shù)應(yīng)專人負(fù)責(zé)控制，專人記錄，填寫工作日志。

（11）注漿錨桿間排距可根據(jù)實際擴(kuò)散半徑加以調(diào)整，當(dāng)注漿過程大面積達(dá)不到設(shè)計終壓，一般為漿液沿大裂隙定向擴(kuò)散所致，可加大增塑劑用量，堵塞大通道，并隔2～7天后，打注漿錨桿復(fù)注，以保證圍巖漿液擴(kuò)散均勻。

3.4 支護(hù)監(jiān)測及效果檢驗

3.4.1 巷道圍巖表面位移

巷道圍巖表面位移測點，按每個觀測斷面4個點布置，共布置6組，每周觀測2～3次，主要測試兩幫及頂?shù)椎淖冃瘟俊?/p>

巷道圍巖表面位移測試測點布置如圖4所示。

圖4 測點布置圖

表2 圍巖表面位移測試數(shù)據(jù)表

3.4.2 錨桿拉拔力檢測

采用ML-20型錨桿拉力計抽取中空波紋注漿錨桿進(jìn)行了拉拔試驗。

表3 中空波紋錨桿拉拔試驗結(jié)果

3.4.3 效果檢驗

在運(yùn)輸大巷上覆工作面回采前，由于對U型棚支護(hù)段采取了超前注漿加固技術(shù)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，通過觀測數(shù)據(jù)可以看出受采動影響范圍內(nèi)的巷道在工作面回采期間、回采后與回采前巷道各項參數(shù)無較大變化；超前加固效果較好。

4 結(jié)語

在采用中空波紋鋼注漿錨桿支護(hù)技術(shù)對運(yùn)輸大巷北四～北六段進(jìn)行超前補(bǔ)強(qiáng)加固后，通過效果檢驗可以看出該項目取得了預(yù)期效果，有效的保證了運(yùn)輸大巷在上覆工作面回采期間和回采后的安全使用。