大斷面軟巖巷道高強(qiáng)錨注支護(hù)技術(shù)研究

王立強(qiáng) 和盧斌

（1.晉城煤業(yè)集團(tuán)晉圣三溝鑫都煤業(yè)，山西 晉城 048000；2.晉城煤業(yè)集團(tuán)生產(chǎn)技術(shù)處，山西 晉城 048000）

趙莊煤礦地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，頂板破碎，頂板砂巖裂隙水弱化，煤層強(qiáng)度低，節(jié)理、裂隙發(fā)育，且煤質(zhì)較軟。所用巷道均沿煤層全高掘進(jìn)，采用大矩形斷面，掘進(jìn)斷面尺寸5.7×4.5m，掘進(jìn)斷面面積25.65m2。煤層上下部較軟、中部較硬，煤體平均單軸抗壓強(qiáng)度范圍為2.9～15.4MPa，普遍疏松質(zhì)軟。巷道絕大部分存在冒頂、片幫和底鼓等復(fù)合型破壞，加劇了巷道維護(hù)的難度。為提高支護(hù)質(zhì)量、改善圍巖體力學(xué)性能、保證巷道穩(wěn)定性，在巷道掘進(jìn)初次支護(hù)后提出采用高強(qiáng)錨注支護(hù)對(duì)巷道進(jìn)行二次加固。

1 高強(qiáng)錨注支護(hù)機(jī)理

中空注漿錨索為核心的深孔強(qiáng)力錨注技術(shù)對(duì)大范圍圍巖的錨注加固，主要采用高強(qiáng)度中空錨索、高注漿壓力和高強(qiáng)抗縮性注漿材料。中空注漿錨索采用小孔徑安裝、普通錨桿機(jī)施工。先采用樹脂藥卷進(jìn)行錨固，及時(shí)張拉預(yù)緊，再進(jìn)行注漿，實(shí)現(xiàn)全長(zhǎng)錨固。

中空錨注錨索先用樹脂進(jìn)行端錨，張拉預(yù)緊后通過(guò)錨索內(nèi)芯管進(jìn)行反向注漿，使?jié){液充滿錨索索體與鉆孔孔壁之間的空隙，實(shí)現(xiàn)了由樹脂端錨變成全長(zhǎng)錨固，漿液在注漿壓力的作用下向巷道圍巖內(nèi)擴(kuò)散。

在地應(yīng)力作用下，巷道圍巖遭到破壞通常表現(xiàn)為沿層面或破裂面發(fā)生錯(cuò)動(dòng)，從而對(duì)錨桿或錨索產(chǎn)生剪切作用。全長(zhǎng)錨固的錨固力較高，且具有很高的抗剪能力，見圖1。

圖1 注漿錨索進(jìn)行的剪切試驗(yàn)

試驗(yàn)結(jié)論如下，未注漿的鋼絞線的抗剪力約為其破斷力的0.7倍，而通過(guò)剪切試驗(yàn)即將水泥漿注入混凝土內(nèi)Ф42mm鉆孔后，其錨索的抗剪力提升為破斷力的1.1～1.2倍之間。

2 1305新回風(fēng)順槽加固方案

2.1 回風(fēng)順槽錨注加固設(shè)計(jì)原則

通常由于大斷面巷道較大的跨度及高度，故其具有巷道圍巖強(qiáng)度低的特征，

加之采動(dòng)因素的影響，使得圍巖具有較大的變形量和破裂范圍。趙莊礦3#煤層頂?shù)装鍘r石非常松軟破碎，易風(fēng)化，不同程度的地質(zhì)弱面和結(jié)構(gòu)面存在于巖體中，整體性差。采用高強(qiáng)錨注支護(hù)加固技術(shù)對(duì)1305回風(fēng)巷道頂、幫進(jìn)行加固，通過(guò)改善圍巖自身的力學(xué)性能來(lái)使巷道圍巖的穩(wěn)定性提高，減少巷道冒頂、片幫和底鼓等變形破壞，再不需要大修，保證正常使用。

2.2 1305回風(fēng)巷補(bǔ)強(qiáng)錨注支護(hù)技術(shù)方案

巷道頂板中空注漿錨索按2-1-2形式與初次支護(hù)錨索“插空”布置，排距為1.0m，間距為2.7m，錨索方向與巷道巖面垂直；巷道兩幫中空注漿錨索按2-1-2布置，排距為1m，間距為2.4m。詳見圖2、圖3。

圖2 頂板加固平面圖

3 施工工藝要求

3.1 中空錨注錨索

針對(duì)國(guó)內(nèi)現(xiàn)有注漿錨索存在的缺點(diǎn)和問(wèn)題，對(duì)國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行研究分析，經(jīng)過(guò)反復(fù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，開發(fā)了新型的采用樹脂端錨（由螺旋肋預(yù)應(yīng)力鋼絲制造而成） 以及后期注漿全錨的中空注漿錨索，見圖4。

圖3 兩幫加固平面圖

圖4 中空注漿錨索產(chǎn)品圖

3.2 施工技術(shù)要求

（1）注漿錨桿施工

① 錨桿鉆孔。采用錨桿鉆機(jī)配合Φ32mm鉆頭鉆孔。鉆孔時(shí)應(yīng)按照先頂后幫的順序依次進(jìn)行，孔位和鉆孔角度誤差分別控制到100mm和5°以內(nèi)，錨桿孔深度到設(shè)計(jì)2700±50mm。

② 安裝錨桿。在鉆孔中依次放入1支k2370樹脂錨固劑，藥卷被錨索緩慢地推向眼底，將錨索與錨桿鉆機(jī)相連接，并啟動(dòng)錨桿鉆機(jī)使其邊推進(jìn)邊攪拌，待錨索達(dá)標(biāo)設(shè)計(jì)深度后再繼續(xù)攪拌30～60s，施加預(yù)緊力前務(wù)必等待60～120s。

③ 施加預(yù)緊力。安裝止?jié){塞后，對(duì)錨桿施加預(yù)緊力，施加預(yù)應(yīng)力不低于30kN。

（2）注漿錨索施工

① 錨索鉆孔。Φ40mm鉆頭鉆孔時(shí)使用錨桿鉆機(jī)相配合，現(xiàn)場(chǎng)操作時(shí)，人工扶鉆，濕式鉆孔。鉆孔時(shí)的順序應(yīng)按照先頂后幫依次進(jìn)行，錨索孔位誤差不大于100mm，鉆孔角度誤差不大于5°，拱頂錨索孔深度到設(shè)計(jì)8000±50mm，兩幫錨索孔深度到設(shè)計(jì)6000±50mm，并清理干凈鉆孔內(nèi)的碎屑和積水。

② 安裝錨索。在鉆孔中依次放入樹脂錨固劑ck2370與z2370各一支。藥卷被錨索推向眼底的過(guò)程要緩慢，將錨索與錨桿鉆機(jī)連接，并啟動(dòng)錨桿鉆機(jī)使其邊推進(jìn)邊攪拌，待錨索達(dá)標(biāo)設(shè)計(jì)深度后再繼續(xù)攪拌30～60s，撤去錨桿鉆機(jī)前務(wù)必等待60～120s。

③ 張拉預(yù)緊。在錨索尾部依次安裝止?jié){塞、推桿、托盤、鎖具，用錨索張拉機(jī)具進(jìn)行加壓，張拉預(yù)緊力不低于100kN。

3.3 注漿參數(shù)

（1）注漿材料和配比：復(fù)合砂漿加固選用凱密安礦用無(wú)機(jī)加固，水灰比為1:3。

（2）注漿壓力：注漿壓力不低于10MPa。

（3）注漿順序：錨桿、錨索同時(shí)依次注漿，遵循先幫部后頂板，先下部后上部。

（4）注漿時(shí)機(jī)：噴漿完成后立即進(jìn)行注漿工作。

4 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)

在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)中，未加固前巷道兩幫累計(jì)移近量為101mm，最大移近速度為2.43mm/d，頂?shù)装遄畲笠平俣葹?.86mm/d。而二次加固巷道兩幫累計(jì)移近量為32mm，最大移近速度為0.87mm/d，頂?shù)装遄畲笠平俣葹?.8mm/d。

通過(guò)分析可知，二次加固巷道兩幫移近量約為未加固前巷道兩幫移近量的68.3%，最大移近速度約為未注漿段的64.0%，頂?shù)装遄畲笠平俣燃s為未加固前的69.3%，這說(shuō)明巷道在采取高強(qiáng)錨注二次加固補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)后，圍巖穩(wěn)定性得到進(jìn)一步控制。

5 結(jié)論

（1）在大斷面軟巖巷道掘進(jìn)時(shí)采用高強(qiáng)錨注支護(hù)技術(shù)對(duì)巷道進(jìn)行二次加固，提高支護(hù)質(zhì)量，改善圍巖體力學(xué)性能，使巷道穩(wěn)定性得以保障，效果明顯。

（2）高強(qiáng)錨注二次加固巷道兩幫移近量約為32mm，最大移近速度為0.87mm/d，頂?shù)装遄畲笠平俣葹?.8mm/d。說(shuō)明巷道在采取高強(qiáng)錨注二次加固補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)后，圍巖穩(wěn)定性得到進(jìn)一步控制，巷道的變形得到有效控制，從而為相似地質(zhì)條件下的煤礦提供了理論依據(jù)。

圖5 高強(qiáng)錨注支護(hù)巷道表面曲線