Flowcable 全長錨固技術(shù)的試驗研究

王君宇

（霍州煤電集團河津騰暉煤業(yè)有限責任公司調(diào)度室，山西 霍州 031412）

1 工程概況

霍州煤電集團河津騰暉煤業(yè)2#煤底板以粗砂巖、泥巖為主，具有膨脹性，巷道開掘后底鼓嚴重，有效斷面較小，井下巷道運輸轉(zhuǎn)載環(huán)節(jié)多，不適宜引入掘錨機等大型設(shè)備，多采用錨桿鉆機（煤電鉆）人工操作安裝錨桿（索），使用樹脂藥卷對錨桿（索）進行端頭或加長錨固。礦井已經(jīng)進入600 m 水平，軟巖巷道支護形勢更加嚴峻。對于端錨（加長錨）錨桿，在使用中未錨固部分容易與桿體脫離，進而引發(fā)圍巖淺部離層，圍巖一旦離層，錨桿支護即迅速失效，巷道變形加劇。對于全長錨固的錨桿，錨固劑可將錨桿桿體與鉆孔孔壁黏結(jié)在一起，使錨桿隨著巖層移動承受拉力，當巖層發(fā)生錯動時，與桿體共同起抗剪作用，阻止巖層發(fā)生滑動。

該礦從2015 年開始探索注漿加固技術(shù)，但未能達到預(yù)期效果：一是漿液往往采用單一的水泥漿，不但強度較低，而且水泥硬化后具有一定的收縮性，使得看似注漿豐滿的圍巖體在漿液徹底硬化后會出現(xiàn)充填不實的現(xiàn)象，影響注漿效果；二是傳統(tǒng)的注漿工藝煩瑣，屬于二次加強支護，需要重新打眼和安裝注漿錨桿，增加生產(chǎn)成本和勞動強度并影響掘進效率。為了實現(xiàn)對錨桿和錨索的全長錨固，加強巷道弱面關(guān)鍵部位的支護強度，提高錨桿（索）支護系統(tǒng)整體支護效果，通過改進傳統(tǒng)注漿工藝，采用了基于水泥基的Flowcable 材料，設(shè)計并試驗應(yīng)用了一種全長錨固技術(shù)。

2 方案設(shè)計與試驗

2.1 注漿材料及裝備

Flowcable 是一種多種特殊成分復(fù)配而成的用于水泥基灌漿材料的粉狀添加劑，以設(shè)定的比例添加，可減少拌和水的用量，產(chǎn)生可流動的、可泵送的、不泌水的，同時又具有收縮補償性和觸變性的灌漿材料。

（1）材料特點：① 收縮補償性，錨固效果佳，無收縮；② 觸變性，漿液不會流出孔洞外；③ 流動性好，適合很深的孔或管道灌漿；④ 微結(jié)構(gòu)密實性，防止水侵蝕，保護鋼筋或錨桿；⑤ 早期、后期強度高；⑥ 可操作時間長，有足夠的時間使?jié){液流入復(fù)雜的孔內(nèi)。

（2）技術(shù)指標表（見表1）

表1 材料技術(shù)指標表

圖1 測試結(jié)果圖

（3）制漿和注漿設(shè)備

制漿和注漿設(shè)備為一體式設(shè)備，采用氣動馬達，供氣壓力0.4～0.5 MPa。制漿設(shè)備是強制式攪拌機，每次可制漿15 L，注漿設(shè)備為螺桿泵。

技術(shù)參數(shù)如下：

最大出口壓力：2 MPa；泵送速度：≤15 L/min；最遠泵送距離：水平20 m，垂直15 m；馬達減速比：螺桿泵15:1，攪拌機20:1；設(shè)備外形尺寸：長×寬×高=1400 mm×620 mm×1120 mm。

2.2 方案設(shè)計

在110206 工作面皮帶巷進行了Flowcable 全長錨固技術(shù)試驗。110206 工作面皮帶巷原設(shè)計為錨網(wǎng)索噴聯(lián)合支護方式，巷道凈寬5.4 m，凈高3.4 m，圓弧拱形斷面。采用18 mm×2100 mm 圓鋼端頭錨桿支護巷幫，充填2 節(jié)MSK35/35 樹脂藥卷，孔徑43 mm；錨索采用Φ17.8 mm 鋼絞線，孔徑28 mm，每排布置5 根，其中頂板3 根（7.3 m 長），充填5節(jié)MSK23/70 樹脂藥卷，上幫2 根（5.4 m 長），充填4 節(jié)MSK23/70 樹脂藥卷。

任意選取一段巷道兩幫錨桿、錨索進行試驗。其中對幫錨桿采取先錨后注的方式，具體做法是：當班每掘進一個循環(huán)，按照正規(guī)作業(yè)流程進行幫部錨網(wǎng)支護，將樹脂藥卷數(shù)量由原設(shè)計兩節(jié)縮減至一節(jié)，提高了支護進度，對巷幫起到臨時支護效果，待完成錨桿支護即進入下一循環(huán)掘進作業(yè)，滯后工作面迎頭一定距離再實施注漿；錨索采取先注后錨形式，即鉆孔后先注Flowcable 漿液，再將錨索插入孔中，以漿液取代樹脂藥卷達到錨索全錨目的。

2.3 試驗過程

試驗前對錨桿鋼護板及鐵托板孔口進行加工，在原設(shè)計基礎(chǔ)上把孔口由圓形加工成對口環(huán)形，即在托盤中心孔向一個方向外擴，長度30～40 mm，以便于注漿管插入。

（1）錨桿：先錨后注

先將錨桿和細小排氣軟管通過20#鉛絲分段綁扎好，排氣管距離錨桿里端頭預(yù)留一節(jié)藥卷錨固距離，在煤電鉆打眼后先裝入1 節(jié)藥卷實施端頭錨固，然后把特制的鋼護板和鐵托板按照孔口對應(yīng)的方式進行配套安裝，接著上緊螺母，在螺母一側(cè)預(yù)留出足夠空間以利于注漿鋼管順利插入。注漿時，通過外擴的孔口插入注漿管（進入鉆孔200 mm 即可），孔口用棉紗或?qū)Ｓ缅涀臃舛峦旰?，料漿通過注漿管注入已安裝錨桿的孔中，由外往里灌漿。灌漿過程中，孔內(nèi)空氣通過排氣軟管排出，直到水泥漿從排氣管口溢出，說明孔內(nèi)已灌滿，完成該孔的灌漿。

（2）錨索：先注后錨

用錨桿鉆機鉆孔至設(shè)計深度，插入注漿管至孔底進行注漿，通過預(yù)先計算控制注漿至2/3 孔深后再將錨索插入孔中，以漿液替代樹脂藥卷實現(xiàn)錨索全長錨固，然后再安裝錨索件。

2.4 效果檢驗

110206 工作面皮帶巷采用由Q235 鋼材加工而成的中8 mm×2100 mm 圓鋼端頭錨桿，其屈服強度為240 MPa（屈服載荷61 kN），抗拉強度為380 MPa（拉斷載荷96.7 kN）。從表2 數(shù)據(jù)可知，注漿完成3 d 后對幫錨桿進行隨機抽檢，拉拔力平均55 kN（達到桿體材質(zhì)屈服強度的90%），7 d 后平均65 kN（超出桿體材質(zhì)屈服強度6%），15 d后平均73 kN（達到桿體材質(zhì)拉斷載荷的75%），均大于原設(shè)計端頭錨固的平均抗拔力50 kN。注漿完成2 d 后對錨索張緊力進行檢測，張緊力可達到200 kN，與原設(shè)計5 節(jié)樹脂藥卷錨固力一致。隨著 Flowcable、水泥混合漿液硬化強度逐步發(fā)展，預(yù)計28 d 后錨桿（索）的錨固力將會達到峰值，能夠大大補強支護效果，控制巷道變形。

表2 錨桿荷載檢測結(jié)果表

3 結(jié)語

（1）Flowcable 全長錨固技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)軟巖巷道對錨桿（索）全長錨固的要求。當圍巖破碎時，灌漿不僅會灌滿錨桿（索）孔，部分漿液還會滲透到孔四周裂隙中，改善圍巖結(jié)構(gòu)，提高圍巖整體穩(wěn)定性，進而大大提高錨桿、錨索的支護效果，最大限度地避免工程返修。

（2）支護成本顯著下降，不必投入專用注漿錨桿，F(xiàn)lowcable 材料價格也相對低廉。就幫部錨桿計算：單孔用量不足1 kg，可以取代1 節(jié)35/35 樹脂藥卷；就頂部錨索計算：單孔用量不足4 kg，可以取代5 節(jié)23/70 樹脂藥卷；就幫部錨索計算：單孔用量約3 kg，可以取代4 節(jié)23/70 樹脂藥卷。綜合計算后，110206 工作面皮帶巷采用Flowcable 材料配合P.O42.5 水泥漿液作為錨固劑的生產(chǎn)成本延米單價較原樹脂錨固設(shè)計成本減少50%。按照巷道設(shè)計長度2700 m 計算，全部采用注漿支護預(yù)計節(jié)省材料成本10 萬元左右。

（3）Flowcable 全長錨固技術(shù)滿足了當前安全高效的要求。采用Flowcable 材料，自行設(shè)計加工托板，改進傳統(tǒng)注漿工藝，在已形成的錨桿支護體系中直接注漿，不再另外打眼。該技術(shù)操作方便快捷，保障了單進水平，為實現(xiàn)軟巖巷道錨桿全長錨固提供了一種新思路。