許 磊

（山西焦煤集團西山煤電集團官地礦，山西 太原 030000）

官地礦三水平為-1200～ -1026m，全煤順槽巷道沿3煤層底板布置，開拓巷道主要為穿層施工。隨著開拓延深，地壓增大，巷道變形加劇，巷道支護越來越困難。巷道圍巖的回縮量達到700～1100mm，底鼓量為200～700mm，返修周期為2～4個月。為了解決支護問題，先后采取了加大錨桿和錨索直徑、提升支護材料材質(zhì)、增加讓壓圈達到錨桿和錨索耦合支護等技術措施，但效果不明顯。

1 預應力全長錨固技術施工工藝

官地礦目前錨桿（錨索）施工工藝主要為：鉆孔→利用錨桿（錨索）頂入樹脂藥卷→利用錨索鉆機轉(zhuǎn)動頂推錨桿（錨索）→安裝完成進行錨桿緊固加壓（錨索拉撥加壓）。

改進后全長錨固錨桿施工方法為：巷道頂部鉆孔施工完成后，用注漿管將樹脂藥卷頂推至孔底（圖1a），注漿（圖1b）；注漿泵將混合后的水泥漿壓出至孔底，此時水泥漿將樹脂藥卷包圍，錨桿止塞在水泥漿壓力作用下后退至孔口，停止注漿，拔下注漿管，水泥漿呈現(xiàn)瞬時擬態(tài)穩(wěn)定性掛在孔內(nèi)不落，插入帶錨桿止?jié){塞的鋪桿（圖1c）并旋轉(zhuǎn)頂入安裝，藥卷固結(jié)，施加預緊力（圖1d）；安裝第二根錨桿時，隨注漿泵開動，水泥漿瞬時實現(xiàn)高流通性，進行注漿。4～6h后水泥漿凝固，實現(xiàn)預應力全長錨固。固結(jié)后注漿充填體包圍在錨桿桿體周圍黏結(jié)錨桿桿體和巖體，具有高強度和高抗剪切能力。

圖1 預應力全長錨固錨桿支護順序圖

全長錨固錨索施工方法為：巷道頂部鉆孔施工完成后，用安裝了防滲套的錨索自由端將樹脂藥頂推至孔底（圖2a），開動鉆機旋轉(zhuǎn)安裝鋪索。錨索安裝完成后在防滲套上安裝錨索注漿塞、托盤，鎖具將注漿管從錨索托盤上小孔中穿出（圖2b），加壓錨索達到設計壓力。將注漿塞注漿管和注漿泵、注漿管連接，注漿（圖2c），4～6h后水泥漿凝固，實現(xiàn)預應力全長錨固。

圖2 預應力全長錨固錨索支護順序圖

采用該技術需要增加錨桿注漿塞、錨索注漿塞、錨索防滲套，但施工工藝除增加注漿環(huán)節(jié)外基本不變。

在現(xiàn)場試驗過程中，錨桿施工中頂推藥卷采用普通錨桿施工，系用錨桿直接頂入，相比使用注漿管封孔器頂入時間略短。注漿施工中由于注漿后需要漿液穩(wěn)定時間，加上注漿時間共需增加3.1min/根。

在錨索施工過程中，由于安裝錨索防滲套可以由施工人員提前準備，不影響整個工序和施工工藝時間，注漿時間同樣也可以滯后施工進行，因此可以在工藝施工時間中不考慮，故錨索施工時間可以看作不變。

在整個施工過程中，由于人員素質(zhì)不同，施工熟練程度不同，導致現(xiàn)場施工時間和施工效率差距很大。但是針對同一施工群體，工藝變化和時間調(diào)整通過組織協(xié)調(diào)對整個施工基本沒有影響。

2 全長錨固注漿液配比及特性

在整個試驗過程當中所需混凝土漿液要求具有較高的流通性，以方便進行泵送；在注入鉆孔后要求漿液不能流出，要求漿液具有較高的抗流掛性能；根據(jù)支護要求，漿液凝固后要有比較低的收縮率和比較高的抗壓、抗剪抗劈裂強度。而其中漿液的抗流掛性能和流通性又是矛盾的，基于此，提出擬態(tài)瞬時穩(wěn)定性原則，即所配漿液具有擬態(tài)瞬時穩(wěn)定性。當漿液靜止不受壓力時具有假性凝固狀態(tài)，能夠掛在注漿孔中不掉落；當漿液受到壓力時，能夠瞬時恢復較高的流通性，使用注漿管輸送時阻力基本忽略不計。

漿液的擬態(tài)瞬時穩(wěn)定性試驗采用流通法進行，用Φ3mmPU管配合血壓計橡皮球、直尺進行檢測。把攪拌好的水泥漿接在PU管下方，握動橡皮球排出空氣，松開皮球，觀察漿液被吸附的上升高度，檢驗其流通性。用475mm筒形紙杯作為試驗器具模擬鉆孔。將漿液注入紙杯用刮刀抹平，然后停留1min，將紙杯倒轉(zhuǎn)，然后測量杯內(nèi)漿液下沉量，作為其抗流掛性指標。通過試驗可以看出：普通混凝土漿液隨著隨水灰比的增大其黏度降低，流通性加大，無法兼顧抗流掛性和流通性。而全錨漿液[混凝土漿液采用525水泥，硅粉（3%～6%）、PVA纖維（0.1%～0.22%）、有機改性砂漿增稠劑（0.4%～0.6%）、改性聚丙烯酰胺Y15010增稠劑10.2%～0.3%）、聚乙烯醇PVA1799（0.25%～0.36%）、聚乙烯醇PVA2088（0.3%～0.4%）]在特定水灰比情況下，具備了擬態(tài)瞬時穩(wěn)定性，能夠兼顧抗流掛性和流通性兩項指標。全錨漿液最優(yōu)水灰比為0.8～0.85。

由全錨注漿試塊和普通混凝土漿液試塊抗壓試驗可以得出：由于PVA纖維的摻入，試件的抗壓強度具有較好的提升，同時韌性增加，基本保持受壓一開裂一破壞過程。而普通混凝土在達到極限載荷時，通常都是脆性破壞。

由于PVA纖維的摻入可以有效提高全錨漿液的抗折性能，因此相較素混凝土漿液可以有效地防止黏結(jié)破壞，全錨錨桿的抗剪能力相當于節(jié)理抗剪強度和錨桿抗剪強度之和，使錨固巖體的承能力可以得到顯著提高。

3 全長錨固支護巷道的應用和觀測

3.1 南三采區(qū)皮帶下山全長錨固支護實踐

針對官地礦實際情況，選擇在南三采區(qū)皮帶下山進行支護試驗。試驗段巷道為穿層布置，主要為頂板-底板-煤層。3煤在全區(qū)發(fā)育，為瀝青～弱玻璃光澤，視密度為1.35t/m3，抗壓強度為18.5MPa，厚層狀，賦存穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單。

圖3 巷道支護斷面圖

巷道斷面形狀為直墻半圓拱形，凈尺寸為：墻高1800mm，拱高2500mm，凈寬5000m，巷道支護斷面圖如圖3所示。支護方式為：巷道采用Φ22mm×2800mm的高位讓壓應力顯示錨桿，底腳采用Φ22mm×2800mm高強蛇形錨桿；每套錨桿采用2卷K2570的樹脂錨固劑，錨桿盤采用護頂面積較大的高強方形200mm×200mm×10mm托盤；錨桿間排距為1700mm×900mm，巷道全斷面使用Φ12mm圓盤加工而成的鋼梯。頂板錨桿的安裝應力為8t，幫部錨桿的安裝應力為4t。金屬網(wǎng)采用Φ6mm盤圓編織的鋼筋經(jīng)緯網(wǎng)，金屬網(wǎng)規(guī)格：長×寬=2000mm×1100mm（網(wǎng)孔為80mm×80mm），金屬網(wǎng)搭接量為80mm，網(wǎng)扣間距不大于160mm，采用1#鍍鋅鋅鐵絲雙股雙排扣菱形綁扎，混凝土標號為C20，噴厚為100mm。

加扣間距不大于160采用鋅鐵絲雙股雙排扣，錨索類型為Φ22mm×5000mm低松弛鋼絞線錨索，每套錨索采用3卷K2570的樹脂錨固混凝土標劑，錨索托盤為300mm×300mm×12mm的高強球形托盤，錨索間排距為1700mm×900mm，錨索的安裝應力為12t。

錨桿、錨索的布置方式為：在巷道正中布置一根錨索，再分別向兩側(cè)850mm處各布設一根錨桿然后再依次向兩側(cè)布置錨索。錨桿、錨索要求間隔布置，間距為850mm，錨桿、錨索要盡量打在鋼梯孔內(nèi)，錨索外露長度不大于250mm。

3.2 支護巷道觀測分析

共布置8個觀測斷面，觀測斷面間距15m，其中使用全長錨固技術巷道4個測點，未使用全長錨固巷道4個測點。在每個觀測斷面的正頂錨桿及兩幫兩根錨桿上，分別安裝應力監(jiān)測壓力表一個，觀測錨桿應力變化及巷道收斂變形情況，觀測周期每5d一次，觀測從2017年8月10日到2017年10月15日，共觀測65d，記錄錨桿應力表數(shù)據(jù)及巷道收做變形情況，并制作錨桿應力變形曲線及巷道收斂變形曲線。根據(jù)觀測情況可以看出，采用預應力全長錨固支護的巷道，在觀測期內(nèi)，錨桿應力變化不大，且各錨桿間應力大致平衡，觀測65d巷道最大兩幫收斂變形量為200mm，最小變形量160mm，頂板最大下沉量為200mm，最小下沉量為160mm，巷道收斂變形較小，支護效果明顯。

4 結(jié)論

（1）預應力全長錨固錨桿、錨索的施工相較于煤礦原有錨桿、錨索施工，除增加注漿設備和工序外，其他設備、材料施工工藝變化不大。其中錨桿施工中只增加一道注漿工序，能在施工中影響時間；而錨索施工由于注漿可以滯后，對施工時間影響不大?，F(xiàn)場施工，沿用原鉆孔尺寸，鉆具材料不變，工作量少，施工簡單。

（2）在普通硅酸鹽525水泥中摻入適量添加劑，在水化作用下形成無機-有機薄膜包圍水泥分子，在周圍形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，改變水泥漿液物理性質(zhì)，形成高流通瞬時擬態(tài)穩(wěn)定性水泥漿液。當水泥漿液在注漿管中輸送時具有高流通性，當漿液停止輸送時具備瞬時穩(wěn)定狀態(tài)，表現(xiàn)為掛在注孔壁上不再流動，當再次啟動注漿泵時，水泥漿液馬上又轉(zhuǎn)變?yōu)楦吡魍ㄐ?。漿液凝固時，漿液中加的硅粉和PVA纖維可以有效提高固結(jié)體強度，達到設計要求。

（3）從施工后觀測結(jié)果可看出：使用全長錨固支護后，在觀測期內(nèi)，錨桿應力變化不大，且各錨桿間應力大致平衡，觀測65d巷道最大兩幫收斂變形量為200mm，頂板最大下沉量為200mm，卷道收斂變形較小，支護效果明顯。

綜上所述，預應力全長錨固支護技術施工簡單，成本低廉，能夠滿足大采深、高地壓、高應力復雜條件下的軟巖巷道支護。