錨注加固技術在軟巖巷道圍巖加固中的應用研究

趙 浩

（西山煤電集團有限責任公司鎮(zhèn)城底礦， 山西 古交 030203）

西山煤電集團有限責任公司鎮(zhèn)城底礦（全文簡稱鎮(zhèn)城底礦）隸屬于山西焦煤集團，位于山西省古交市西北處，井田占地面積約23.8 km2，西北走向6.6 km，南北平均寬度約3.6 km，鎮(zhèn)城底礦年設計生產(chǎn)能力為190 萬t，地質(zhì)構(gòu)造復雜。采用長壁采煤法，全部垮落法管理頂板。主采8 號煤層，煤層賦存穩(wěn)定，平均厚度約為4.5 m；直接頂為L1 泥灰?guī)r，平均厚度約為2.32 m；直接底為粉砂質(zhì)泥巖，平均厚度約為0.97 m，工作面煤層頂?shù)装鍘r性如圖1 所示。

圖1 煤層頂?shù)装鍘r性柱狀圖

隨著礦井采掘的不斷延伸，巷道所承受的應力加大，導致圍巖松軟破碎，致使巷道出現(xiàn)頂幫變形、底鼓等現(xiàn)象，反復返修，尤其是二水平膠帶大巷（320～480 m 段）受28620 工作面采空區(qū)影響，巷道變形、底鼓嚴重，導致皮帶跑偏、撒煤、水溝損 毀等，局部高度、寬度及斷面不能滿足安全要求，影響礦井的安全、高效生產(chǎn)。

二水平膠帶大巷是服務于礦井的運煤大巷，服務年限較長，二水平膠帶大巷采用錨桿+錨索+網(wǎng)+鋼帶+噴砼聯(lián)合支護，錨索采用兩根Φ17.8 mm×7 200 mm 和三根Φ17.8 mm×5 200 mm 平行布置，間排距1 000 mm×900 mm，錨桿采用Φ20 mm×2 400 mm普通螺紋鋼樹脂錨桿，間排距700 mm×900 mm 的WD 220 mm×4 mm×4 400 mm 鋼帶，噴砼厚度100 mm，強度C20。通過工程實踐及現(xiàn)場觀察，針對原支護對巷道兩幫、底部的控制較弱，頂部強度也需要加強的情況，根據(jù)高預應力、高強度、高剛度、強力支護的支護加固理念，采用預應力高強錨索支護系統(tǒng)，配以圍巖注漿、錨注技術，解決巷道圍巖控制問題。

1 巷道圍巖變形特點及分析

1.1 巷道圍巖變形特點

軟巖巷道多為環(huán)向受壓，且非對稱，頂部、兩幫和底板同時受壓，一般頂部、兩幫有支護，故壓力顯現(xiàn)位移變形與支護強度相關，底部無支護壓力顯現(xiàn)較明顯。

二水平膠帶大巷巷道監(jiān)測顯示，在應力作用下，巷道頂部穩(wěn)定結(jié)構(gòu)破壞導致頂板下沉，下沉量超過100 mm，噴漿皮脫落，出現(xiàn)大量網(wǎng)包，個別錨索失效；兩幫內(nèi)鼓，兩幫變形量超過150 mm，最大移近量達800 mm，噴漿皮脫落，片幫比較普遍，部分銷桿失效；三個方向有支護，底板無支護，底板煤巖體流變性底鼓，且受采動影響較大， 全段均出現(xiàn)不同程度底鼓，雖經(jīng)反復起底，但效果不佳，水溝及人行道基本毀壞。

1.2 影響巷道圍巖與支護變形的因素

影響因素主要有：巖石自身強度和膠結(jié)程度；以及施工過程中圍巖應力和采動影響等；同時巷道變形和時間密切相關。鎮(zhèn)城底礦二水平膠帶大巷主要受圍巖本身的強度、結(jié)構(gòu)的內(nèi)在因素影響，外部因素主要是工程應力的影響及采動影響等多種應力的疊加情況影響。

2 加固方案

2.1 加固方案參數(shù)

根據(jù)高預應力、高強度、高剛度、強力支護的支護加固理念以及巷道圍巖變形的特點分析，提出二水平膠帶大巷加固修復方案：采用高強度、高預應力長錨索加固頂板+注漿加固底部及兩幫松散煤體+錨注加固底部圍巖的方案。

2.1.1 頂、幫預應力錨索布置及參數(shù)

1）錨索規(guī)格。Φ17.8 mm×9 200 mm 高強度低松弛鋼絞線，強度1 860 MPa，Z 2360 型中速樹脂藥卷，托盤300 mm×300 mm×16 mm。

2）錨索布置方式。排式布置，每排錨索布 置于兩排注漿孔之間，排距1.8 m，每排均布7 根錨索，其中頂板正中1 根，兩邊各1 根，兩幫各2 根。160 m共計89 排，623 根錨索，根據(jù)實際情況適當增加錨索數(shù)量。

2.1.2 底板組合錨索束布置

2.1.2.1 底板錨索束規(guī)格

3 根直徑為Φ17.8 mm×9 200 mm 的鋼絞線作為一組錨索束，頭部3 000 mm 段編制成串珠狀，單根強度1 860 MPa，3 根錨索破壞荷載為1 050 kN。

2.1.2.2 錨索束布置參數(shù)

鉆孔孔徑為Φ89 mm；孔深9 m，長度為9.2 m，排距2 m， 每排3 組，160 m 巷道共計布置80 排240組錨索束。中間錨索束位于巷道中心線上，垂直底板，兩側(cè)錨索束距中心孔1.5 m，距幫0.7 m，外擺15°，每排銷索束上一道由11 號工字鋼焊制底梁，采用錨索束漲拉 器漲緊至單根鋼絞線120 kN。底板錨索束布置如圖2 所示。

圖2 底板錨索束布置圖

2.1.3 底板及注漿孔布置

底板注漿孔布置參數(shù)：孔徑為Ф89 mm；孔深6 m，排距2 m，每排3 個，160 m 巷道共計布置80 排240 個，中間孔位于巷道中心線上，垂直底板，兩側(cè)孔距中心孔1.5 m，距幫0.7 m，外擺15°。兩幫注漿孔布置參數(shù)：孔徑Φ42 mm，孔深2.5 m，排距3 m，每排均布3 個注漿孔，其中兩幫各1 個，兩底角各1 個。160 m 共計54 排，162 個注漿孔。

2.2 施工方案及主要施工工序

施工時首先往巷道裂隙處噴射混凝土，后進行注漿施工。利用漿液的塑性使巷道圍巖形成一體；然后打注頂幫錨索（加固）并將原支護失效的錨桿錨索補打；再錨注施工施工底板組合錨索束、注漿；最后進行全斷面復噴并底板鋪設混凝土反底拱。

2.2.1 注漿施工

注漿施工首先往開采煤層中打注漿孔，利用注漿系統(tǒng)進行注漿。使用的設備主要有氣動注漿泵、攪漿機等。主要工序：打注漿孔—制輸漿—壓注—系統(tǒng)清洗及保養(yǎng)。

2.2.2 頂幫錨索（加固）施工

主要工序：錨索鉆孔施工—錨索安裝—漲拉錨索—噴漿封閉。

2.2.3 底板組合錨索錨注施工

首先對底板進行淺部注漿，進行臥底（低于設計底板350 mm)，打組合描索孔，描索推送入孔，孔底反灌漿，堵塞錨索孔口，預埋深部注漿管封孔，對巷道底板進行注漿（注漿壓力6 MPa)全長錨固，7 d 后進行鋪設第一層鋼筋網(wǎng)下底梁鋪第二層網(wǎng)，上大、小托盤、索具逐根漲拉錨索至120 kN，底板澆注混凝土。

3 工程實踐及效果

二水平膠帶大巷修復加固區(qū)段共160 m，施工時間為三個月，未加固前，該巷道受圍巖應力變化嚴重變形，影響礦井的正常生產(chǎn)秩序。待加強支護后，圍巖形變得到有效控制，且增加巷道的整體穩(wěn)定性。現(xiàn)場監(jiān)測的巷道數(shù)據(jù)顯示：整體輪廓形狀、尺寸基本沒有變化，底鼓變形量減小，頂?shù)装宓淖畲笠平?2 mm，兩幫最大移近量68 mm，巷道圍巖處于穩(wěn)定狀態(tài)，說明修復加固工程既提供了補強支護力，又限制圍巖發(fā)生流變，保證了巷道設計斷面及其功能使用。工程實踐表明，修復加固方案能夠滿足巷道修復治理的要求，取得了很好的效果。

4 結(jié)語

鎮(zhèn)城底礦利用錨固支護的高預應力和高強度特性，采用高強度、高預應力長錨索加固頂板+注漿加固底部及兩幫松散煤體+錨注加固底部徑向約束深部圍巖的方案，對采動影響下的破碎松軟巷道及松軟底板底鼓巷道提供了較強的支護強度，增加了圍巖的整體性和圍巖強度，從而有效控制了巷道頂板下沉、兩幫內(nèi)擠和底鼓，取得了良好的效果，解決了巷道變形、底鼓的問題。