注漿錨索在大傾角沿空留巷支護(hù)中的應(yīng)用與核心技術(shù)攻關(guān)

張 蒼 穆仲奎 袁文生

(內(nèi)蒙古能源有限責(zé)任公司, 內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 014217)

注漿錨索主要應(yīng)用于軟巖支護(hù)、大跨度硐室、斷層、破碎帶、巷道修復(fù)、底鼓處理等地點。在沿空留巷支護(hù)中，注漿錨索的漿體充填至裂隙和錨索、錨桿孔徑內(nèi)，將破碎圍巖粘合加固。由于注漿錨索在施工工序上比普通錨索多一道注漿工序，工作量額外增加一半，導(dǎo)致注漿錨索注漿質(zhì)量及后期管理工作易存在漏洞。為此，積極研究注漿錨索在沿空留巷巷道支護(hù)中的應(yīng)用，創(chuàng)建注漿錨索連鎖管理機制，明確現(xiàn)場注漿最佳順序，解決施工難題，確保了注漿錨索的施工注漿質(zhì)量，實現(xiàn)了安全高效支護(hù)，杜絕了巷道失修。

1 注漿錨索在沿空留巷巷道中的應(yīng)用

長城二礦1906S 運輸巷110 工法沿空留巷施工地點，使用普通恒阻錨索進(jìn)行采空區(qū)側(cè)（切頂）支護(hù)，配合一梁三柱支護(hù)頂板。具體施工步驟：

（1）利用注漿錨索加固留巷頂板，確保頂板“拉得住”。

與恒阻錨索相比，注漿錨索限定變形的支護(hù)形式更加體現(xiàn)了支護(hù)強度的可靠性，大大減少了頂板的下沉量，保證了留巷的使用高度。

注漿錨索垂直于頂板方向布置，打設(shè)3 列注漿錨索：第一列支護(hù)錨索距原巷幫500 mm，間距為500 mm；第二列在巷道正中偏上幫0.5 m，排距1 m；第三列在距另一側(cè)煤壁幫500 mm 處布置，排距3000 mm。

（2）利用斷頂眼的超前預(yù)裂機理，結(jié)合注漿錨索的高強度支護(hù)實現(xiàn)采空側(cè)定向切頂。

為提高切頂效果，確保采空區(qū)頂板“下得來”，留巷采取超前施工斷頂眼+切頂錨索定向切頂工藝。斷頂眼參數(shù)：眼距0.3～0.5 m，眼深H=0.5 m，水平仰角70～80°。確保采空區(qū)冒落高度達(dá)到3 倍采高以上，留巷壓力逐步轉(zhuǎn)移至深部，最大限度減少了礦山壓力重新分布對留巷頂板的破壞。

至2020 年4 月，1906S 沿空留巷頂板下沉量及旋轉(zhuǎn)角度均符合設(shè)計要求，通過鉆孔窺視頂板膠結(jié)情況良好，杜絕了離層等問題，達(dá)到了強支護(hù)的效果，實現(xiàn)了大傾角大埋深條件下的110 工法沿空留巷1100 m。具體支護(hù)方式如圖1 所示。

圖1 1906S 運輸巷沿空留巷支護(hù)斷面圖

2 “913434”模式及連鎖管理機制的創(chuàng)建

（1）設(shè)計完成九種情況下的注漿錨索支護(hù)方案，確定一個注漿總方針，開展注漿“三化”管理，嚴(yán)格落實“四不”注漿制度，開展三個優(yōu)化項目。2018 年以來，在巷道修復(fù)、軟巖支護(hù)、破碎頂板、深部三岔門、四岔口、復(fù)合頂板等九種類型頂板情況下應(yīng)用注漿錨索。

（2）確定一個注漿總方針：“全面封閉，由下而上，間隔對稱，相鄰錯開，交叉進(jìn)行”。

（3）制定專業(yè)注漿隊“三化”管理模式：專業(yè)化、正規(guī)化、流程化。

（4）嚴(yán)格落實“四不”注漿制度：巷道包角處噴漿不合格不注漿，巷道不進(jìn)行噴漿封閉不注漿，臨近網(wǎng)頭未噴漿不注漿，巷道底板未澆筑底角錨索不注漿。

（5）全面推廣三個優(yōu)化：一是優(yōu)化止?jié){塞的優(yōu)化設(shè)計，由最初的軟硬管擠壓封堵優(yōu)化成2 個錐形止?jié){塞+1 個封閉環(huán)的止?jié){方式，試驗成功多梯次波紋管止?jié){塞，解決了封孔堵漿問題。二是優(yōu)化注漿泵進(jìn)風(fēng)分配設(shè)計，在壓力泵處增加一個液壓鑿巖機的油壺，通過Ф19 mm 的三通連接器分別引出一路Ф19 mm 管路供應(yīng)壓力泵和攪拌泵，增加注漿壓力，實現(xiàn)小裂縫的滲透注漿改為劈裂加壓注漿。三是設(shè)計注漿連接器防脫落鏈，確保了連接器脫落傷人以及水泥漿崩人事故的發(fā)生。

（6）創(chuàng)建四種管理規(guī)范，實現(xiàn)連鎖管理機制：《錨索注漿隊管理辦法》《注漿錨索使用管理規(guī)范》《注漿施工審批驗收監(jiān)測管理制度》《注漿錨索再研究攻關(guān)小組管理制度》。

① 通過《錨索注漿隊管理辦法》明確了注漿隊人員構(gòu)成、技術(shù)保障、注漿隊職責(zé)及管理辦法。

② 通過《注漿錨索使用管理規(guī)范》明確注漿錨索在不同條件下的支護(hù)參數(shù)及注漿施工操作規(guī)范，明確了注漿錨索安裝施工規(guī)范（打錨索眼→同步錨固→安裝止?jié){塞→安裝錨索盤、錨具→漲緊→滯后注漿）、注漿設(shè)備安裝維護(hù)、水泥漿液配比等。注漿錨索錨具進(jìn)行分色刷漆管理，三個生產(chǎn)班組的錨具分別使用黃色、藍(lán)色、白色進(jìn)行粉刷，每個班組固定錨具顏色，進(jìn)一步明確了責(zé)任，提高了施工管理水平。

③《注漿施工審批驗收監(jiān)測管理制度》建立健全注漿錨索施工管理檔案，對現(xiàn)場施工的注漿錨索逐條進(jìn)行編號，詳細(xì)記錄每根注漿錨索的注漿時間、注漿壓力和注入的水泥量，施工人員、驗收人員記錄在檔。為確保注漿效果，現(xiàn)場注漿由當(dāng)班安監(jiān)員全程監(jiān)督簽字認(rèn)可，采取將3 ～5 d 施工的注漿錨索進(jìn)行集中注漿的模式，由施工單位提前一天向技術(shù)部門提交錨索注漿通知單，技術(shù)部現(xiàn)場盯崗。

④ 2020 年成立注漿錨索研究攻關(guān)小組，研究制定6 項課題研究規(guī)劃，加大對注漿錨索的深層次研究與應(yīng)用。

3 注漿錨索施工中難題的解決

3.1 注漿順序研究

為研究不同注漿順序?qū)ψ{效果的影響，在1906S 運輸巷170 棵錨索的現(xiàn)場注漿盯班中，制定了4 種注漿方案：先頂后幫從上至下注漿、先幫后頂從下至上注漿、先頂后對稱兩幫從上至下注漿、先幫后頂從下至上注漿。通過注漿量及現(xiàn)場對比分析得出，先幫后頂注漿量比先頂后幫注漿量增加27%，兩幫注漿量比頂板注漿量高34%，底板注漿量比兩幫注漿量高13%。為此確定注漿20 字方針：“全面封閉，由下而上，間隔對稱，相鄰錯開，交叉進(jìn)行”。具體效果圖如圖2 所示。

圖2 1906S 運輸巷沿空留巷注漿錨索支護(hù)效果圖

3.2 止?jié){塞的優(yōu)化設(shè)計

原有止?jié){設(shè)備為0.15 m 長的止?jié){塞（黑色軟管）、0.45 m 長的推管（白色硬管），通過漲緊鎖具，推進(jìn)推管，向上移動擠壓黑色軟管，膨脹變形封堵注漿孔。現(xiàn)場因為錨索外露不一致、推管長度確定不準(zhǔn)確導(dǎo)致漏漿現(xiàn)象普遍發(fā)生。為此設(shè)計可壓縮錐形止?jié){塞止?jié){方式，杜絕了淌漿的問題，如圖3所示。

利用止?jié){塞內(nèi)部螺紋實現(xiàn)注漿錨索與止?jié){塞支架不淌漿，通過外部軟塞實現(xiàn)止?jié){塞與孔壁的密實接觸，杜絕孔壁淌漿。

3.3 注漿泵的優(yōu)化設(shè)計

目前注漿泵普遍采用氣動注漿泵，進(jìn)風(fēng)口采用Ф19 mm 的進(jìn)風(fēng)管通過壓力表及油壺后分成兩個Ф10 mm 的管路分別供應(yīng)壓力泵及攪拌泵。根據(jù)現(xiàn)場試驗，壓力泵需要的動力比攪拌泵大50%以上，為此在壓力泵處增加一個液壓鑿巖機的油壺，通過Ф19 mm 的三通連接器分別引出一路Ф19 mm 管路供應(yīng)壓力泵，引出一路Ф10 mm 管路供應(yīng)攪拌泵。當(dāng)頂板裂隙較小時，增加供風(fēng)管直徑到32～50 mm，進(jìn)而增加注漿壓力，實現(xiàn)小裂縫的滲透注漿改為劈裂加壓注漿。

3.4 注漿連接器的優(yōu)化設(shè)計

原有注漿連接器為連接螺栓焊接Ф10 mm 的連接套，利用Ф10 mm 的軟管實現(xiàn)注漿。因注漿管路內(nèi)徑小，易造成堵管堵孔以及連接器脫落傷人事件的發(fā)生。為此設(shè)計使用Ф19 mm 的軟管作為注漿管，在注漿連接器上焊接防脫落鏈，確保了在堵管或大壓力等情況下的連接器脫落傷人以及水泥漿崩人事故的發(fā)生，具體如圖4 所示。

圖4 注漿錨索連接器的優(yōu)化圖

4 支護(hù)效果分析

為對比注漿錨索在沿空留巷巷道支護(hù)的效果，在不同支護(hù)情況下，分別設(shè)立2 組圍巖觀測點，每個觀測點5 組測點，采用十字布點法布設(shè)。在頂板安設(shè)離層儀，在兩幫各安設(shè)2 個錨桿測力計，每隔10 d 進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采集分析。通過線性回歸，選取在誤差范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)取平均值，得出數(shù)據(jù)見表1。

表1 1906S 運輸巷留巷不同支護(hù)條件下的變形量統(tǒng)計

在1906S 運輸巷留巷期間，通過圍巖觀測、頂板離層儀監(jiān)測等手段，發(fā)現(xiàn)使用注漿錨索相比普通錨網(wǎng)索支護(hù)，頂?shù)装逡平拷档?0%，兩幫移近量降低了34%；相比復(fù)棚加固，頂?shù)装逡平拷档?00%，兩幫移近量降低了96%。

5 結(jié) 論

注漿錨索在沿空留巷破碎圍巖中，漿體充填至裂隙中，起到粘合加固作用，錨索實現(xiàn)全錨，對頂板進(jìn)行二次加固組合,形成一個完整的組合巖梁，支護(hù)效果可靠。通過研究注漿錨索應(yīng)用范圍及支護(hù)參數(shù)，確定了大傾角沿空留巷的注漿錨索支護(hù)模型，通過創(chuàng)建注漿錨索連鎖管理機制確保了施工及注漿質(zhì)量。通過解決注漿順序、攻克注漿封孔不嚴(yán)、連接器堵漿崩人、注漿壓力泵壓力不足等現(xiàn)場施工技術(shù)難題，2018 年至2020 年累計打設(shè)注漿錨索10 125 棵，合格率99.8%。通過圍巖觀測、頂板離層儀監(jiān)測等手段，使用注漿錨索實現(xiàn)了沿空留巷巷道變形量最小。