文/許景存

開灤能源化工股份有限公司呂家坨礦業(yè)分公司是1968年投產(chǎn)的礦井，經(jīng)改擴(kuò)建現(xiàn)年產(chǎn)量300萬噸。呂家坨礦業(yè)分公司根據(jù)現(xiàn)場巷道圍巖及支護(hù)情況，針對在采準(zhǔn)巷道局部應(yīng)力集中區(qū)巷道，提出以新型中空注漿錨索為主體的錨注支護(hù)系統(tǒng)，進(jìn)行錨注支護(hù)設(shè)計，支護(hù)效果良好，經(jīng)濟(jì)和社會效益顯著。

一、錨注加固巷道基本情況

呂家坨礦業(yè)分公司目前可采煤層有7、8、9、12四層。5383工作面位于-800水平三采，主采8層煤，其周圍的7、9、12層煤均已回采完畢，其附近的5325工作面正在回采。5383集中軌道巷為設(shè)計施工長度212m，為幾個工作面的掘進(jìn)及回采服務(wù)。本項目加固段為軌道集中巷上端約25m長的巷道，此段巷道的里端位于采空區(qū)的邊緣。8層煤為較穩(wěn)定中厚煤層，平均煤厚為1.92m，平均傾角14°，半亮，中硬。7、8煤平均層間距2.8m，7煤層平均厚度3.9m。8煤層直接頂為2.8m厚的泥巖與中砂巖互層。

5383軌道集中巷原有支護(hù)方式采用金屬拱型支架為永久支護(hù)，支護(hù)材料為25U10.4㎡金屬拱型支架，棚間距600mm。頂部鋪設(shè)8m×0.6m或8×0.8m塑編網(wǎng)插背小板。在現(xiàn)有條件下，此段巷道約半年修復(fù)一次。

二、支護(hù)設(shè)計及施工工藝

1.巷道圍巖變形分析

根據(jù)現(xiàn)場情況分析，導(dǎo)致5383軌道集中巷變形的因素主要有：

（1）巖性差，承載能力低。5383集中軌道巷圍巖強(qiáng)度低，容易風(fēng)化松散。

（2）高地應(yīng)力持續(xù)作用。5383集中軌道巷位于上、下煤層開采區(qū)域的邊緣，處于典型的近距離煤層群開采應(yīng)力集中區(qū)域內(nèi)，并且受多次回采動壓影響。

（3）支護(hù)方式、支護(hù)強(qiáng)度。此段巷道采用U型鋼架棚支護(hù)，金屬支架存在兩個缺陷：一是與錨桿/錨索支護(hù)相比較屬于被動支護(hù)，不能及時承載,也不能發(fā)揮圍巖的自撐能力；二是對圍巖變形適應(yīng)能力差,若架型與來壓方式不一致,經(jīng)常出現(xiàn)支架拒縮現(xiàn)象，且一旦出現(xiàn)拒縮現(xiàn)象,單靠其自身強(qiáng)度根本不足以抵御高地應(yīng)力對圍巖和支護(hù)體所產(chǎn)生的強(qiáng)大載荷,表現(xiàn)為支架折損率高。

巷道開挖破壞了原巖應(yīng)力平衡，應(yīng)力重新分布，形成次生應(yīng)力場；次生應(yīng)力超過圍巖強(qiáng)度，靠近巷道表面部分的圍巖便首先進(jìn)入塑性屈服狀態(tài)；當(dāng)表面圍巖無法承受高應(yīng)力的作用時，應(yīng)力進(jìn)一步向深部圍巖轉(zhuǎn)移，次生應(yīng)力重新分布；如此循環(huán)，圍巖的塑性范圍不斷擴(kuò)大。能使這個過程停止下來的條件是：圍巖靠自身的殘余強(qiáng)度再加上人工支護(hù)體提供的支護(hù)阻力與次生應(yīng)力場建立起新的平衡。顯然，需要能夠提供高支護(hù)阻力，并且能夠適應(yīng)此段巷道圍巖性質(zhì)的新型支護(hù)方式。

2.支護(hù)方案

呂家坨礦業(yè)分公司根據(jù)現(xiàn)場巷道圍巖及支護(hù)情況，分析應(yīng)力集中區(qū)巷道持續(xù)變形的原因，提出以新型中空注漿錨索為主體的錨注支護(hù)系統(tǒng)，進(jìn)行錨注支護(hù)設(shè)計。具體支護(hù)方案如下圖所示。

5383集中軌道巷錨注加固中空注漿錨索布置形式斷面圖

（1）每個斷面兩幫布置4根φ22×6000注漿錨索，頂板3根φ22×8000注漿錨索，配專用托盤，每個鉆孔使用一卷MSCK2860樹脂錨固劑。注漿錨索間距從中間那根算起間距1200mm，排距1600mm。

（2）所采用的中空注漿錨索主要技術(shù)參數(shù)如下：錨索索體直徑φ22mm，強(qiáng)度1760Mpa，破斷力≥420KN，安裝孔徑φ32，注漿壓力≥5.0MPa，最大7.0MPa。

（3）注漿所采用的添加劑主要技術(shù)參數(shù)如下：ACZ-Ⅰ型水泥注漿添加劑外觀為磚紅色粉末，為便于井下搬運操作，每包20kg，采用防潮包裝，其主要技術(shù)指標(biāo)如下：膨脹率0.5～0.8%，1d抗壓強(qiáng)度25MPa，28d抗壓強(qiáng)度72MPa，添加量占水泥量8%，重量為20kg/袋。

（4）主要注漿設(shè)備采用MG-150型風(fēng)動注漿設(shè)備，其主要技術(shù)參數(shù)：氣源壓力0.5～0.63MPa，氣缸直徑φ150mm，輸出壓力11MPa，出漿量60lpm，耗氣量50m3/h，重量 17.1Kg。

（5）水泥漿攪拌機(jī)：采用風(fēng)動攪拌設(shè)備，每套攪拌設(shè)備由一個攪拌機(jī)和一個攪拌桶組成。攪拌機(jī)放置在攪拌桶上面，攪拌桶的側(cè)面是一個底部與攪拌桶連通的方形筒，注漿泵吸漿口即插入該方形筒內(nèi)。這種安裝配合非常便于操作和注漿完成以后整套設(shè)備的沖洗。

3.施工工藝

注漿錨索施工工藝流程主要包括：

（1）鉆錨索孔：用錨索機(jī)采用φ32鉆頭鉆錨索孔，孔深為“錨索長度-50mm”，并將錨索孔內(nèi)的巖粉用水或風(fēng)吹干凈。

（2）固定錨索：將樹脂錨固劑放入鉆孔，然后插入錨索并攪拌。

（3）安裝止?jié){塞、托板、螺母→連接注漿機(jī)：通過快速接頭將錨索尾部和注漿機(jī)連接。

（4）注漿：開動注漿機(jī)，漿液注入錨孔中，直到錨索尾端不再出氣且注漿壓力達(dá)到設(shè)計值為止。

（5）取下注漿接頭，進(jìn)行下一根錨索注漿，直到所有錨索注漿完畢。

4.觀測結(jié)果

注漿加固施工期間，在加固巷道內(nèi)均勻布置4個表面測站。經(jīng)過六個多月的表面觀測，結(jié)果表明：巷道頂板下沉量最大65mm，最小-25mm，平均7mm。兩幫相對移近量最大140mm，最小62mm，平均103.5mm。能夠滿足采準(zhǔn)巷道保持必要斷面的基本要求。

三、結(jié)論

1.本次試驗段長約25m，經(jīng)過六個月的觀測表明，頂板平均下沉量為7mm，兩幫相對移近量平均103.5mm，巷道變形量較小。采用這種新型錨注加固試驗所需材料成本比架棚支護(hù)減少750元/m。同時，與其周圍相類似條件巷道半年內(nèi)修復(fù)1～2次相比，采用這種新型錨注支護(hù)減少了巷道修復(fù)次數(shù)，減小了勞動強(qiáng)度，更為重要的是這種錨注支護(hù)要比架棚修復(fù)更為安全。

2.新型錨注支護(hù)不僅在技術(shù)上可行、安全上可靠、經(jīng)濟(jì)上合理，而且它的實驗成功，為呂家坨礦業(yè)分公司和其他煤礦解決采準(zhǔn)巷道局部煤柱區(qū)巷道維護(hù)問題提供了一條成本低、速度快的好方法。