中空注漿錨桿在高應(yīng)力軟巖巷道中的應(yīng)用

李 博

（山西焦煤汾西礦業(yè)中興煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 交城 030500）

隨著礦井開(kāi)采深度的不斷增加，我國(guó)不少礦井都在不同程度上受到軟巖影響。根據(jù)有關(guān)資料，礦井每年的巷道掘進(jìn)量在6000km，其中深部的軟巖巷道占比接近30%。軟巖巷道圍巖變形控制較為困難，巷道返修率達(dá)到70%以上，特別是對(duì)于深部高地應(yīng)力軟巖巷道，其支護(hù)問(wèn)題一直制約礦井高效生產(chǎn)[1-3]。國(guó)內(nèi)眾多的工程技術(shù)人員及學(xué)者對(duì)高應(yīng)力軟巖巷道支護(hù)技術(shù)進(jìn)行了大量研究，形成了錨桿+錨索+注漿的聯(lián)合支護(hù)體系，錨噴+可伸縮金屬支架+高強(qiáng)混凝土弧形支架等支護(hù)體系，并取得了顯著的應(yīng)用效果[4-8]。

山西中興煤礦掘進(jìn)的規(guī)劃區(qū)瓦斯治理底板巖巷石門(mén)埋藏深度為850m，巷道掘進(jìn)時(shí)出現(xiàn)頂板下沉、底板底鼓嚴(yán)重等問(wèn)題，提出采用中空注漿錨桿支護(hù)方案，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用取得較好效果，為類似軟巖巷道圍巖控制提供了一定的參考。

1 工程概況

規(guī)劃區(qū)瓦斯治理底板巖巷石門(mén)掘進(jìn)工作面埋深850m，巷道斷面為半圓拱形，巷道凈高為3100mm，凈寬為4100mm。掘進(jìn)巖層以粉砂巖為主，中間夾雜有泥巖、細(xì)砂巖。巖層傾向?yàn)镾E，平均傾角12°，走向?yàn)?2°～63°，較為破碎。掘進(jìn)巷道直接頂為厚度9m的粉砂巖，薄層狀；基本頂為細(xì)砂粉砂互層，厚度3.5m，呈薄層狀，灰黑色；直接底為厚度2m的泥巖，呈褐色，遇水易膨脹；基本底為厚度10m的細(xì)砂巖，呈現(xiàn)灰黑色。

2 巷道支護(hù)設(shè)計(jì)

2.1 支護(hù)方案

巷道采用中空注漿錨桿、錨索并配合槽鋼進(jìn)行支護(hù)，選用45號(hào)高碳鋼制作的錨桿，直徑為25mm，長(zhǎng)度為2500mm。巷道頂板以及兩幫錨桿間排距均設(shè)計(jì)為700mm×600mm，錨桿采用型號(hào)MSK2680樹(shù)脂錨固劑進(jìn)行錨固，配套采用的托盤(pán)長(zhǎng)寬均為150mm，厚度為10mm鋼板。錨索采用1770級(jí)鋼絞線，直徑為22mm，抗拉拔力高于410kN。巷道基線之上采用3根長(zhǎng)度為8000mm的注漿錨索支護(hù)，沿著巷道中心以及兩肩各布置一個(gè)錨索鋼帶。錨索鋼帶上施工3個(gè)孔，一個(gè)孔布置一個(gè)錨索，巷道頂板的3根錨索鋼帶共布置9根錨索，錨索的排距設(shè)定為2100mm。巷道幫角采用2根直徑為22mm、長(zhǎng)度為6000mm的注漿錨索進(jìn)行支護(hù)。巷道底板采用直徑為29mm、長(zhǎng)度為8000mm的注漿錨索進(jìn)行支護(hù)，間距為1700mm，排距為3000mm。錨索施加的預(yù)緊力不應(yīng)小于150kN。錨索配套采用的托盤(pán)長(zhǎng)寬均為300mm，厚度為15mm鋼板。

在巷道底板施工長(zhǎng)為400mm、寬為3600mm、高為400mm的凹槽，錨索在凹槽內(nèi)布置，外露凹槽底板長(zhǎng)度控制在100mm以內(nèi)。具體支護(hù)參數(shù)如圖1所示。

圖1 巷道支護(hù)示意圖

2.2 中空注漿錨桿、錨索結(jié)構(gòu)

（1）中孔注漿錨桿

錨桿結(jié)構(gòu)如圖2所示。注漿時(shí)注漿泵通過(guò)桿體將漿液從錨頭返出，實(shí)現(xiàn)帶壓注漿，更好地充填圍巖裂隙，改善圍巖力學(xué)性能，提高自身承載能力。性能參數(shù)如表1所示。

圖2 中空注漿錨桿結(jié)構(gòu)示意圖

表1 中空注漿錨桿性能參數(shù)

（2）中孔注漿錨索

圖3 中空注漿錨索結(jié)構(gòu)示意圖

注漿錨索結(jié)構(gòu)具體如圖3所示，中空注漿錨索結(jié)構(gòu)由錨具、索體、托盤(pán)以及止?jié){塞等組成。索體由端部實(shí)心段、中部段以及索尾緊固段組成。端部實(shí)心段可以對(duì)樹(shù)脂錨固劑進(jìn)行攪拌，便于實(shí)現(xiàn)端錨；錨索中部段內(nèi)部有軟性注漿管，便于錨索彎曲及注漿；在錨索中部段及端部實(shí)心段均布置有出漿口，便于注入漿液出漿；索尾緊固段內(nèi)部為剛性注漿管，當(dāng)錨具緊固時(shí)索尾緊固段不收縮。中空注漿錨索性能參數(shù)如表2所示。

表2 中空注漿錨索性能參數(shù)

2.3 錨注劑參數(shù)

采用的錨注劑屬于改性樹(shù)脂，由A、B兩組分構(gòu)成，抗壓強(qiáng)度達(dá)到55MPa以上，凝膠時(shí)間在3～30min。使用時(shí)按照1:1混合，混合液在3min之內(nèi)粘度比較低，能夠深入到較窄的孔隙之內(nèi)，凝固之后具有較高的抗壓強(qiáng)度，使得原本松散的巖層膠結(jié)成整體，提高穩(wěn)定性。

3 支護(hù)效果

3.1 圍巖裂隙充填情況

高應(yīng)力松軟巖層圍巖裂隙發(fā)育、較為破碎，是制約巷道支護(hù)效果的難題。對(duì)注漿前后圍巖內(nèi)部的裂隙發(fā)育情況以及破碎區(qū)分布進(jìn)行探測(cè)，可以更好地判定巷道支護(hù)效果。因此，采用鉆孔窺視儀及地質(zhì)雷達(dá)，對(duì)規(guī)劃區(qū)瓦斯治理底板巖巷石門(mén)掘進(jìn)工作面支護(hù)前后的三維鉆孔成像進(jìn)行對(duì)比，具體結(jié)果如表3、表4所示。

通過(guò)表3、表4對(duì)比發(fā)現(xiàn)，注漿之后圍巖裂隙以及破碎區(qū)被漿液充填，圍巖的完整性以及強(qiáng)度顯著提升。深度109cm、面積在67.1cm2的破碎區(qū)，經(jīng)過(guò)充填后破碎區(qū)面積減少50%，深度239cm、面積在58.9cm2破碎區(qū)面積減少40%。表明注漿后圍巖破碎區(qū)以及裂隙被有效填充，起到較好的膠結(jié)作用。

表3 支護(hù)前圍巖裂隙及巖性描述

表4 支護(hù)后圍巖裂隙及巖性描述

3.2 巷道圍巖變形

圖4 錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)圍巖變形

圖4為普通的錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)方式，底板未支護(hù)，圖5為采用中空注漿錨桿聯(lián)合支護(hù)方式，對(duì)底板進(jìn)行支護(hù)。從圖4、圖5對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，采用中空注漿錨桿相對(duì)于傳統(tǒng)的錨網(wǎng)索支護(hù)方式，巷道兩幫的位移將從79mm降低到55mm，降低24mm；巷道底板的底鼓量由82mm降低到25mm，降低率達(dá)到69.51%。表明采用的中空注漿錨桿可以對(duì)巷道圍巖變形進(jìn)行有效控制，保證巷道圍巖穩(wěn)定。

圖5 中空注漿錨桿聯(lián)合支護(hù)圍巖變形

4 結(jié)語(yǔ)

（1）采用中空注漿錨桿對(duì)高應(yīng)力軟巖中的裂隙進(jìn)行充填，控制裂隙發(fā)育，改變圍巖原本松散的結(jié)構(gòu)，注入的錨注劑能起到較好的膠結(jié)作用，提高圍巖的整體穩(wěn)定性。

（2）中孔注漿錨桿可以對(duì)巷道圍巖變形進(jìn)行控制，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果也表明，較傳統(tǒng)的錨網(wǎng)索支護(hù)方式，巷道圍巖的變形量顯著降低，避免巷道出現(xiàn)二次修整。

（3）采用中孔注漿錨桿及錨索，能夠較好地控制巷道圍巖，在深部的高地應(yīng)力軟巖巷道支護(hù)中具有較好的應(yīng)用前景。