高預應力中空注漿錨索研究及應用

喬振長

摘 要：隨著開采深度的增加，巷道圍巖應力逐漸增大，常規(guī)下采用錨桿支護只能支護到圍巖松動圈內，頂板得不到有效控制，巷道變形量大，出現(xiàn)前掘后修，特別是在復合頂板、軟巖、過老巷、破碎帶、應力集中區(qū)等特殊地點，必須采用復棚支護維護頂板，效率低、投入大。通過技術革新，創(chuàng)新性使用注漿錨索進行支護，取得了較好的支護效果。

關鍵詞：注漿錨索；全長錨固；添加劑；止?jié){；再生圍巖

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.15.206

孫村煤礦本著“技術可行、安全可靠、經濟合理”的原則，開展支護技術改革創(chuàng)新，推廣使用注漿錨索。中空注漿錨索作為一種新型支護方式，我礦通過三年的實踐，取得了較好效果，今年1～9月份使用32800余套，占到頂板支護的30%以上，由原來的補強支護到主體支護，從反復修復到取消架棚，取消了巷修區(qū)隊番號。

1 注漿錨索支護原理

1.1 注漿錨索與普通錨桿相比

錨桿支護時，一般使用錨桿長度為1.8～2.2米，一個巷寬4米的巷道，按照冒落拱原理冒落高度為2米，一旦頂板破碎，易發(fā)生整體垮落。

注漿錨索長度最短的長3米，還有4.1米、6米及8米等型號，在同樣巷道寬度4米的條件下，注漿錨索能夠穿過冒落拱高度，錨固到以上穩(wěn)定巖層中，從而將冒落拱以內的巖體懸吊加固到上部穩(wěn)定巖層中，大大降低了冒頂?shù)目赡苄浴?/p>

1.2 注漿錨索與普通錨索相比

普通錨索支護頂板具有“遇強則強、遇弱則弱”的特點，雖然也能形成較大范圍的加固拱，但只能配合藥卷形成端錨結構，特別是遇到松軟破碎頂板條件，則表現(xiàn)出不適應性。一是錨固的時候，藥卷位置不好控制，準確性難以保證；二是高強錨桿+普通錨索聯(lián)合支護的方式，隨著破碎矸石的漏淌，錨桿、錨索支護因預緊力喪失而逐漸失效，一旦錨索失效頂板就會出現(xiàn)整體垮落；三是錨索中間拉伸段經過長時間風化和水侵，高應力下容易被拉斷。

注漿錨索能夠實現(xiàn)端錨漲緊狀態(tài)后的全長錨固，有效克服普通錨索支護的缺點。

1.3 注漿錨索支護原理

注漿錨索支護，在不使用樹脂錨固劑單純全水泥錨固條件下，經過24小時凝固后，做拉力試驗測試，實驗證明錨固拉拔力超過30Mpa（11.4噸），完全滿足錨索錨固要求，可以解決樹脂錨固段不到孔底位置的降低錨固效果的缺點；一是形成鋼筋砼，利用注漿錨索注漿充填圍巖裂隙，配合錨網支護，可以形成一個多層有效組合拱，即錨網組合拱、錨桿壓縮區(qū)組合拱及漿液擴散加固拱，從而擴大了支護結構的有效承載范圍，提高了支護結構的整體性和承載能力；二是形成全錨，保護錨索不受風水侵蝕，提高服務年限；三是注漿材料中有2%的微膨脹性添加劑，以補償水泥反應的收縮。

2 關鍵技術

2.1 添加劑

注漿錨索水泥注漿添加劑具有早強劑、超塑化劑、微膨脹成份等，使水泥基錨注加固注漿材料具有較好的早強與高強、自流態(tài)、微膨脹和耐久性等優(yōu)良性能，從而改善錨注加固的效果。

（1）早強、高強特性。水泥注漿添加劑在保證漿液有良好的流動性的前提下，注漿錨索安裝完畢1天即可承載，強度最高可達25MPa以上。

（2）自流態(tài)特性。水泥注漿添加劑中包含超塑化劑使得水泥漿體具有高流態(tài)性能，從而使水泥注漿料具有自密實性能，靠泵注便可填充錨孔全部間隙。

（3）微膨脹性。水泥注漿添加劑中包含有微膨脹成份，可以補償收縮，加水拌和后生成大量膨脹性鈣礬石結晶水化物，使水泥基注漿漿料產生適度膨脹，使孔壁與錨索之間產生主動結合，使水泥注漿材料機體內部結構更加致密。

2.2 止?jié){塞改進

為確?！白⒌眠M、不跑漿、易操作、高效率”，對止?jié){塞進行改進，從膨脹止?jié){塞，到大圓錐封口塞，再到擠壓膠管，最終經過優(yōu)化形成錐形止?jié){塞，組合式止?jié){效果更佳。該止?jié){塞獲得國家專利。

2.3 注漿滯后時間的確定

注漿錨索核心在注漿，漿體注早了沒有裂隙發(fā)育，起不到粘合加固效果，只是實現(xiàn)全錨固；注漿時間晚了，頂板完全變形，巷道空間不足，因此合理選擇注漿時間尤為重要。根據頂板離層儀或窺視儀，監(jiān)測頂板變形變化曲線，找到頂板變形的臨界值，在臨界值之前進行注漿，效果最好。

2.4 支護參數(shù)的合理確定

錨索的規(guī)格多種多樣，根據頂板巖性的不同以及離層發(fā)育情況，選擇合理的錨索尺寸。一是錨索端錨必須錨固在穩(wěn)定基巖上；二是錨索支護密度過稀會導致裂隙充填不完全，整體粘合不到一個整體，起不到再生穩(wěn)定巖梁。錨索長度從3米到8米均可加工生產。

3 經濟效益

3.1 巷道掘進期間取消架棚支護

（1）通過注漿錨索預案支護技術，巷道取消了架棚支護，減輕了職工的勞動強度，并且注漿錨索施工工藝與原錨桿支護工藝基本相同，施工效率高。

（2）采用注漿錨索加固時，一般采用4.1m及以上長度錨索，間排距可放大到1米，提高了單進水平。與架棚相比較，全錨索巷道每米巷道節(jié)約685.05元；與錨桿相比，全錨索巷道每米巷道增加102元；

（3）全錨索注漿支護效率遠遠高于架棚支護，降低了人工成本。提高了巷道掘進的推進度，由原架棚支護班最多進2棚，注漿錨索支護實現(xiàn)了每班進尺3-4排，單進提高近一倍。半煤巖巷道每米出煤約6500元，提高的單進增加的掘進煤量足以彌補的延米單價價差。

3.2 為深部高應力巷道掘進積累了經驗

深部支護三大難題為高溫、沖擊地壓、高應力頂板支護。一是合理調整開采布局，深部開拓避盡量開高溫季節(jié)，夏季深部采用機械制冷進行降溫；二是深部沖擊地壓災害采用大鉆孔卸壓技術，注漿錨索可以解決防沖卸壓帶來的頂板下沉問題，一次錨固加固，二次補強加固注漿，可有效控制頂板；三是原來高應力巷道支護高強錨桿+錨索+可縮棚的支護方式，存在斷錨桿、錨索易傷人的隱患，且巷道變形量大，前掘后修重復工作量大；使用注漿錨索加固，一次支護，釋放壓力，滯后注漿，形成再生圍巖，為深部開采奠定了基礎。