中空注漿錨索配合FSS化學(xué)漿支護(hù)在過斷層中的應(yīng)用

馮海麗

（潞安環(huán)能股份公司 王莊煤礦，山西 長(zhǎng)治 046031）

1 支護(hù)技術(shù)概況

在過特殊地質(zhì)構(gòu)造段時(shí)，有錨索被拉斷、退錨等現(xiàn)象。中空注漿錨索通過對(duì)普通錨索索體增加注漿芯管和改進(jìn)錨索索具結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)錨固、索具預(yù)緊和注漿的一體化。目前，注漿加固按使用材料分為兩種：一種是顆料型無機(jī)（水泥類）漿材；一種是純液態(tài)有機(jī)化學(xué)漿材。FSS為兩種純液態(tài)化學(xué)漿的混合，混合漿能在注入煤巖層破碎帶或斷層破碎帶的煤巖體裂隙后迅速凝結(jié)，將松散、破碎的煤巖體膠結(jié)在一起，可比傳統(tǒng)的注水泥漿加固效果更為明顯。

1.1 注漿錨索

1）注漿錨索結(jié)構(gòu)。錨索采用新型中空結(jié)構(gòu)，中空管兼做注漿管。錨索索體采用高強(qiáng)度螺旋肋預(yù)應(yīng)力鋼絲編絞而成,鋼絞線的主要特點(diǎn)是將壓延拉拔工藝處理后的半成品經(jīng)過一次塑性變形拉拔。索具采用錨索瓦片鎖具，配備油壓張拉千斤頂進(jìn)行張拉，保證了錨索的初始錨固力，不至于在頂板來壓時(shí)出現(xiàn)退錨現(xiàn)象。中空注漿錨索主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

2）注漿錨索支護(hù)機(jī)理。將錨索的支護(hù)作用與注漿加固的作用組合起來，共同作用于巷道圍巖，漿液滲透到鉆孔周圍較大范圍的煤巖體中，對(duì)出現(xiàn)松動(dòng)的煤巖體產(chǎn)生粘結(jié)固化作用，從而改善圍巖的整體性，提高煤巖體的自撐能力，從而大大改善巷道支護(hù)效果。

3）注漿錨索特點(diǎn)。研究表明，采用高強(qiáng)度螺旋肋預(yù)應(yīng)力鋼絲制成的錨索，錨固強(qiáng)度要比普通錨索提高15%以上，錨固延性可提高25%以上。再者，注漿錨索漿液凝結(jié)后能提高巖體內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角、彈性模量，能為桿體提供可靠的著力點(diǎn)，有效地提高圍巖的自身強(qiáng)度。漿液可以封堵圍巖裂隙、隔絕空氣、防止圍巖風(fēng)化，并能防止圍巖被水浸濕而降低圍巖本身強(qiáng)度。注漿后能使作用在頂板上的垂直載荷有效地傳遞到兩幫，同時(shí)由于組合拱厚度的加大，又能減小作用在底板上的荷載集中度，從而減小底板的應(yīng)力集中。

表1 中空注漿錨索主要技術(shù)參數(shù)

1.2 FSS化學(xué)漿

1.2.1 FSS加固原理

FSS化學(xué)加固材料是由A、B兩種液態(tài)成份組成，以體積比1：1混合后的化學(xué)漿在泵壓的作用下，注入斷層破碎帶的煤巖體裂隙中，漿液會(huì)形成以擴(kuò)散孔口為中心，呈球型樹根狀向四周滲透和擴(kuò)散，并靠材料自身發(fā)泡、膨脹的推動(dòng)下，滲透到圍巖的深部微細(xì)裂隙內(nèi)，漿料化學(xué)膠凝后將松散煤巖體膠結(jié)在一起，起到擠壓充填、粘接補(bǔ)強(qiáng)的作用，并有一定塑性變形能力。FSS化學(xué)加固材料主要性能指標(biāo)如表2所示。

表2 FSS化學(xué)加固材料主要性能指標(biāo)

1.2.2 FSS化學(xué)漿與傳統(tǒng)水泥漿的比較

相比傳統(tǒng)水泥漿，F(xiàn)SS化學(xué)漿具有以下優(yōu)點(diǎn)：①水泥漿水灰比太高，現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)用水量為水泥重量的50～60%，多余的水在水泥凝結(jié)中形成大量的孔隙和氣泡，導(dǎo)致水泥硬化后強(qiáng)度下降。FSS化學(xué)漿為A、B化學(xué)產(chǎn)物，不會(huì)產(chǎn)生多余水分。②水泥漿流動(dòng)性和可泵性差，注漿阻力大，對(duì)注漿泵、風(fēng)壓要求較高。FSS化學(xué)漿為兩種液態(tài)料，注漿泵站壓力5MPa，就能達(dá)到要求。③水泥漿粒度大，漿液難以注入細(xì)小裂隙或孔隙中，擴(kuò)散半徑小,并在攪拌過程中容易離析和沉淀。注射FSS化學(xué)漿擴(kuò)散半徑大，充填效果好。

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及效果分析

圖1 巷道布置平、剖面示意圖（/mm）

1）工程原有概況。某礦南翼東回風(fēng)大巷掘進(jìn)中揭露Fw107正斷層，斷層走向北偏東55°，傾角∠35°，H=3.5m，斷層示意圖見圖1。巷道原支護(hù)采用錨網(wǎng)索噴+梯子梁支護(hù)。通過Fw107斷層期間，在原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上對(duì)斷層前后20m范圍內(nèi)，架設(shè)一梁三柱木板棚補(bǔ)強(qiáng)加固，棚梁大板規(guī)格長(zhǎng)×寬×厚為5500 mm×200×200mm，棚腿圓木規(guī)格φ200mm×4000 m，棚間距1000mm。南翼東回風(fēng)大巷原支護(hù)參數(shù)見表3，原支護(hù)斷面示意圖見圖2。巷道施工至斷層前15m時(shí)，頂板圍巖開始明顯破碎。施工過斷層面20 m時(shí)，巷道頂板出現(xiàn)明顯下沉，架設(shè)的木棚伴有大板開裂、棚腿傾斜現(xiàn)象，離層儀進(jìn)入紅區(qū)等說明原支護(hù)設(shè)計(jì)不能滿足支護(hù)要求。

2）支護(hù)參數(shù)調(diào)整。要在斷層面前后40 m范圍內(nèi)補(bǔ)打注漿錨索，錨索規(guī)格φ22 mm×8 300 mm，3/4交叉布置，間排距1 400 mm×1 600 mm，均勻分布在原有兩排錨索之間，錨固力不小于200 kN，每根錨索使用一支K2335+兩支Z2360樹脂錨固劑，每打設(shè)30根錨索集中注FSS化學(xué)漿一次。

表3 南翼回風(fēng)東大巷原支護(hù)參數(shù)一覽表

圖2 南翼東回風(fēng)大巷巷道斷面支護(hù)示意圖（/mm）

3）應(yīng)用效果。利用注漿錨索加固，錨索中上部的漿液能夠深入巖層較深破碎帶，較高強(qiáng)度的錨索索體使斷層面以下的煤巖牢牢地懸吊在斷層上方巖層上。與傳統(tǒng)的錨網(wǎng)索噴+梯子梁支護(hù)相比，錨索注漿支護(hù)技術(shù)能將破碎圍巖膠凝成一個(gè)穩(wěn)定的整體，達(dá)到有效支護(hù)目的，有效地控制了圍巖變形，抑制了頂板下沉，具有明顯支護(hù)效果。注漿加固前、后的巷道圍巖變形監(jiān)測(cè)圖，見圖3和圖4。

圖3 注漿前巷道圍巖變形監(jiān)測(cè)圖

圖4 注漿后巷道圍巖變形監(jiān)測(cè)圖

3 結(jié)束語

錨網(wǎng)索噴+梯子梁支護(hù)在遇到地質(zhì)構(gòu)造支護(hù)效果很差時(shí)，通過基于FSS化學(xué)材料的錨固注漿錨索支護(hù)技術(shù)形成的新型支護(hù)體系在支護(hù)效果、施工速度、施工難度等方面有著明顯優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了頂板的整體性、穩(wěn)定性，錨固頂板的厚巖梁結(jié)構(gòu)力學(xué)性能得到了充分發(fā)揮，有效控制了頂板下沉，能為今后掘進(jìn)巷道過易破碎大斷層提供新思路、新方法。

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