文/張殿振 顏 磊

破碎圍巖巷道注漿錨索支護(hù)技術(shù)應(yīng)用

文/張殿振 顏 磊

煤礦巷道托頂煤、復(fù)合頂板、過老巷等頂板維護(hù)較為困難，尤其受采動影響的巷道、軟弱巖層和破碎帶，由于巷道位于不穩(wěn)定巖體中，巷道圍巖的“擠、壓、鼓”現(xiàn)象更為嚴(yán)重，使得圍巖強(qiáng)度和穩(wěn)定性差，采用常規(guī)的錨桿、錨索進(jìn)行支護(hù)，支護(hù)效果不理想，后期需擴(kuò)修復(fù)棚加固，綜合投入較大。2016年，山東能源新礦集團(tuán)孫村煤礦分別在 2416回風(fēng)巷、2420運(yùn)輸巷、21122回風(fēng)巷、2216運(yùn)輸巷等地點(diǎn)對注漿錨索支護(hù)技術(shù)進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)，截至10月份，累計使用注漿錨索16026套，支護(hù)巷道 15610米。該技術(shù)代替了普通錨索+架棚支護(hù)方式，一次支護(hù)一次成型，節(jié)約了二次支護(hù)和補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)的成本，實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全型支護(hù)，總體效果顯著。

一、原巷道支護(hù)方式及缺陷

1．原來巷道采用錨網(wǎng)帶支護(hù)配合普通錨索加固，隨著壓力增加，巷道頂幫移近量較大，最后復(fù)棚加固。

2．巷道托頂煤、過斷層施工時前后5米復(fù)棚加固。

3．復(fù)棚加固成本較高，復(fù)棚時打破正常生產(chǎn)組織，降低了施工效率。

二、注漿錨索支護(hù)技術(shù)原理

1．采用注漿錨索注漿，可以利用漿液封堵圍巖裂隙，隔絕空氣，防止圍巖風(fēng)化，且能防止圍巖被水浸濕而降低圍巖本身強(qiáng)度。

2．和普通錨索有著相同的施工安裝工藝，注漿錨索核心技術(shù)就是注漿二次加固，利用高壓泵，把破碎圍巖的縫隙和孔體充實(shí)；注漿后漿液將松散破碎的圍巖膠結(jié)成整體，提高了巖體強(qiáng)度和內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角及彈性模量，從而提高了巖體強(qiáng)度，可以實(shí)現(xiàn)利用圍巖本身作為支護(hù)結(jié)構(gòu)的一部分，且與原巖形成一個整體，使巷道保持穩(wěn)定而不易破壞。

3．利用注漿錨索注漿充填圍巖裂隙，配合錨網(wǎng)支護(hù)，可以形成一個多層有效組合拱，即錨網(wǎng)組合拱、錨桿壓縮區(qū)組合拱及漿液擴(kuò)散加固拱，從而擴(kuò)大了支護(hù)結(jié)構(gòu)的有效承載范圍,提高了支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體性和承載能力。

4．注漿后使得作用在頂板上的垂直載荷能有效地傳遞到兩幫，通過對幫的加固，又能把荷載傳遞到底板；同時由于組合拱厚度的加大使得作用在底板上的荷載集中度降低，從而減小底板巖石中的應(yīng)力，減弱底板的塑性變形，減輕底臌；且底板的穩(wěn)定，有助于兩幫的穩(wěn)定，在底板及兩幫穩(wěn)定的情況下，又能保持頂板的穩(wěn)定。

三、注漿錨索支護(hù)工藝要點(diǎn)

1.布置方式

注漿錨索布置方式可根據(jù)頂板巖性不穩(wěn)定程度，選擇不同布置方式。復(fù)合頂板、托頂煤、過斷層以及壓力區(qū)施工可選擇 “一排錨桿+一排錨索”，頂板破碎離層嚴(yán)重頂板可采用全錨索支護(hù)。

2.注意事項(xiàng)

（1）嚴(yán)格按照步驟安裝止?jié){塞，利用推管將止?jié){塞送到指定位置，擠壓止?jié){塞，止?jié){塞變形變粗與孔壁接觸緊密，起到防止漏漿效果。

（2）注漿漿體采用32.5MP普通硅酸鹽水泥，水灰比1∶1.5，漿液中摻加ACZ-1水泥注漿添加劑，添加量為水泥重量的8%。水泥注漿添加劑具有早強(qiáng)劑、超塑化劑、微膨脹成分等，使水泥基錨注加固注漿材料具有較好的早強(qiáng)與高強(qiáng)、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。

（3）注漿方式根據(jù)頂板破碎程度而定，可以當(dāng)班安裝當(dāng)班注漿，也可滯后注漿。

四、注漿錨索使用效果

1.支護(hù)效果

為進(jìn)一步驗(yàn)證支護(hù)效果，分別在孫村煤礦2416回風(fēng)巷、2420運(yùn)輸巷設(shè)點(diǎn)檢測，對注漿錨索支護(hù)與普通錨網(wǎng)索支護(hù)及復(fù)棚加固等支護(hù)效果進(jìn)行對比分析。頂板離層情況使用頂板離層儀測試，頂?shù)装逡平颗c兩幫移近量采用 “十字”測點(diǎn)法測試，檢測總移近量，結(jié)果見表1、表2。

表1 2416回風(fēng)巷觀測總的移近量數(shù)據(jù)整理表

表2 2420運(yùn)輸巷觀測總的移近量數(shù)據(jù)整理表

通過對觀測數(shù)據(jù)對比分析可知：

2416回風(fēng)巷使用注漿錨索，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62.5%。相比復(fù)棚加固，頂?shù)装逡平拷档?3.5%，兩幫移近量降低了62.5%。

2420運(yùn)輸巷使用注漿錨索，相比普通錨網(wǎng)索支護(hù)，頂?shù)装逡平拷档?4%，兩幫移近量降低了76.2%。相比復(fù)棚加固，頂?shù)装逡平拷档?0.6%，兩幫移近量降低了75.6%。

綜合數(shù)據(jù)分析，使用注漿錨索加固后，對頂板加固效果明顯，頂板圍巖穩(wěn)定，整體力學(xué)性能顯現(xiàn)，減少了兩幫水平應(yīng)力，使巷道整體變形降低達(dá)到70%左右，效果明顯。

2．經(jīng)濟(jì)效益

錨桿支護(hù)巷道采用注漿錨索加固，一般按間隔一排布置3根錨索支護(hù)；采用復(fù)棚加固，則按照每兩排復(fù)一架棚。按注漿錨索每套172.65元，平均每根錨索注1袋水泥，每袋水泥15元,工字鋼棚每架1200元，半圓木每根 12元，每架棚用半圓木15根，則每兩排減少費(fèi)用為：(1200+12×15)-(172.65+15) ×3=817.05元。

由此可見，采用注漿錨索加固比采用復(fù)棚加固費(fèi)用大大降低，減少了整體支護(hù)成本。

3．人工工效

采用復(fù)棚加固方式，巷道斷面往往需要改變；同時，施工人員抬運(yùn)棚、挖腿窩、穿頂腰幫并固定棚，需要人員多，施工工序較復(fù)雜。而采用注漿錨索加固，因注漿錨索施工工藝與錨桿施工工藝相同，雖增加了注漿，工序相對簡單，需用人員少。另外，原來深部破碎圍巖施工，巷道后期修復(fù)臥底工作量大，使用人員多。注漿錨索注漿加固形成二次加固，巷道變形量大幅下降，巷道不再進(jìn)行修復(fù)，減少了后期工作量，提高了人工工效。

五、結(jié)語

1．孫村煤礦分別通過在2416回風(fēng)巷、2420運(yùn)輸巷等地點(diǎn)對注漿錨索支護(hù)技術(shù)進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)結(jié)果表明，該技術(shù)代替了普通錨索+架棚支護(hù)方式，一次支護(hù)一次成型，節(jié)約了二次支護(hù)和補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)的成本，提高了支護(hù)強(qiáng)度，總體效果顯著。

2.今年以來，孫村煤礦支護(hù)成本降低30%，綜合單進(jìn)提高近1/4，人均進(jìn)尺同比提高5%。目前注漿錨索已申請國家專利，取得了煤安標(biāo)志，并成立了注漿錨索廠，具備了產(chǎn)業(yè)化運(yùn)作、批量化生產(chǎn)的條件，為大面積推廣奠定了基礎(chǔ)。

（作者單位：山東能源新礦集團(tuán)孫村煤礦）

（責(zé)任編輯：龐永厚）