杜永紅

(山西潞安環(huán)能股份公司 上莊煤業(yè)， 山西 長治 046205)

圍巖松動圈是指井下巷道開挖后，巷道表層圍巖的位移、破壞逐漸向深處擴(kuò)展，使表層圍巖的連續(xù)性和完整性遭到破壞形成的巖石圈。過去很長一段時期，煤礦在巷道開挖后，都采用工字鋼棚、U型鋼棚等被動支護(hù)方式，后期在巷道部分區(qū)段會出現(xiàn)嚴(yán)重變形，不能滿足正常生產(chǎn)的要求。維修巷道在人力、物力和財力上浪費(fèi)很大，既制約了礦井安全生產(chǎn)，又影響礦井采掘接替平衡和經(jīng)濟(jì)效益的提高。解決這類問題的技術(shù)途徑有多種，采用錨索注漿固化松動圈的支護(hù)技術(shù)，是其中比較有效的主動支護(hù)方式[1]。

1 工程概況

上莊煤業(yè)是隸屬于山西潞安環(huán)保能源股份公司的一個整合礦井，主采沁水煤田3號煤層。由于礦井是由小煤礦整合而來，井下有部分巷道圍巖比較松軟、破碎，成巷時間長，受采動壓力、上覆應(yīng)力等多重因素的影響，巷道圍巖的大部分壓力作用于工字鋼棚上，造成工字鋼棚變形，甚至被壓彎而失去支護(hù)作用，影響正常生產(chǎn)。結(jié)合礦井地質(zhì)情況，該礦經(jīng)過調(diào)研決定在巷道支護(hù)中，采用錨索注漿固化巷道圍巖松動圈的支護(hù)技術(shù)在工字鋼棚支護(hù)的基礎(chǔ)上，利用加長錨索將巷道頂板懸吊于深部穩(wěn)固巖層，向破碎圍巖的縫隙中注射專用的水泥液漿，將破碎圍巖固化為一個穩(wěn)定的整體，對巷道的工字鋼棚支護(hù)起到了補(bǔ)強(qiáng)作用，提高了巷道支護(hù)的強(qiáng)度，既避免了二次修巷在人、財、物方面的浪費(fèi)，又保證了煤礦的正常接替和安全生產(chǎn)。

2 注漿錨索孔的設(shè)計

2.1 注漿錨索孔的構(gòu)成

鉆打注漿錨索孔與通常錨索孔的鉆打方法基本相同。該礦鉆孔施工時采用的是MQT-120型風(fēng)動錨桿鉆機(jī)和直徑42 mm的一字型鉆頭，在巷道內(nèi)向巷道頂部的深部圍巖和巷幫鉆孔。不同的是在完成錨索孔后，還需要在錨索孔的底部施工注漿孔。如圖1所示，錨索直徑為21.6 mm、長度為8 000 mm，錨索孔設(shè)計深度8 000 mm、直徑27 mm，孔的上部錨索兩邊留有注漿縫隙，下部1 000 mm范圍再施工直徑42 mm的注漿孔。在錨索托板以上安設(shè)直徑10 mm鐵管加工的彎曲狀水泥漿注漿管，向上深入注漿孔800 mm，錨索托板處長度為210 mm，錨索托板外向下長度為200 mm。注漿管內(nèi)裝設(shè)有直徑5 mm的注漿膠管，膠管在注漿管上部外露30 mm、下部外露100 mm。

2.2 注漿錨索孔的間排距設(shè)計

巷道設(shè)計斷面為5 200 mm×3 700 mm(下寬×中高)的工字鋼棚，棚距為600 mm，在工字鋼棚與巷道表面之間鋪有規(guī)格為2 300 mm×1 000 mm(長×寬)、網(wǎng)格尺寸為100 mm×100 mm的鋼筋網(wǎng)。施工時，巷道頂、幫支護(hù)的松動部位，用50 mm×100 mm×900 mm(厚度×寬度×長度)的水泥背板背實(shí)。

錨索孔設(shè)計總深度為8 m，減去錨索錨固段長度2 m，實(shí)際注漿孔深度為6 m。頂、幫注漿孔的排距設(shè)計為1 200 mm，每排11個注漿孔，頂部均勻布置5個注漿孔，兩幫各均勻布置3個注漿孔。

圖1 錨索注漿示意(mm)

3 注漿工藝與施工

3.1 注漿設(shè)備

在安裝錨索注漿固化巷道松動圈時，注漿孔注水泥漿時采用的設(shè)備有FZ-10/24型礦用注漿泵、漿液容器、攪拌設(shè)施和BK56型礦用氣扳機(jī)，連接注漿泵的注漿管采用直徑13 mm的高壓膠管。BK56型礦用氣扳機(jī)，用于錨索扣件的緊固和拆卸。礦用注漿泵連接錨索注漿管和漿液容器，向巷道遭到破壞形成的圍巖松動圈內(nèi)注射專用的水泥漿液。

3.2 注漿工藝

1) 注漿材料。注漿材料包括水泥、河砂、石子、速凝劑。注漿孔內(nèi)的注漿管為直徑10 mm的鐵質(zhì)管，注漿管總長1 210 mm，孔內(nèi)注漿段自下而上每間隔50 mm交叉分布有直徑6 mm的出漿孔。

2) 漿液配比。注漿漿液中水泥、河砂、石子的體積配合比為1 ∶1.5∶1.5，速凝劑使用量為水泥用量的3%～5%，水泥選用出廠不超過3個月的425號普通硅酸鹽水泥。

3) 注漿錨索孔的封孔 。注漿錨索孔封孔前，先將直徑21.6 mm、長度8 000 mm的錨索，在孔內(nèi)固定好每根錨索配2支MSK2360錨固劑，而后將注漿管放置到位，用上部涂有厚度4 mm的濕潤水泥漿的錨索托盤固定，并用氣扳機(jī)拉緊錨索(水泥漿配比為水∶水泥=1∶1，水泥漿攪拌要充分)。注漿管內(nèi)放置的直徑5 mm的膠管，其上、下部伸出部分要用膠布與注漿管捆綁牢固，并通過膠管用注射器注射水泥漿，封堵好注漿管與注漿孔之間的縫隙。

4) 注漿施工。施工時，F(xiàn)Z-10/24型礦用注漿泵、漿液容器以及攪拌設(shè)施布置在巷道距離第一排注漿孔15 m左右處，將注漿泵的進(jìn)液管和出液管分別與漿液容器和注漿孔注漿膠管連接緊固，即可進(jìn)行注漿。由于頂、幫注漿孔的設(shè)計排距為1 200 mm，頂部均勻布置5個注漿孔，兩幫各均勻布置3個注漿孔，單臺注漿泵注漿施工時，要先幫后頂進(jìn)行，兩幫注漿時按照先下后上的順序注漿；多臺注漿泵注漿施工時，可同時先給兩幫注漿，而后再同時給頂注漿。每孔注漿量不小于1.5 m3，直到壓力達(dá)到3.5 MPa無法注入時為止。一排注漿孔注滿水泥漿后，再前移注漿設(shè)備繼續(xù)下一排的注漿作業(yè)，以此類推。

4 結(jié) 語

為了檢驗(yàn)錨索注漿固化巷道圍巖松動圈支護(hù)技術(shù)的有效性，上莊煤業(yè)采用了兩種途徑：

1) 通過對采用錨索注漿固化圍巖松動圈支護(hù)技術(shù)的巷道監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，頂板及兩幫表面位移量及頂板離層監(jiān)測數(shù)據(jù)均在允許范圍，證明巷道支護(hù)取得了較好的支護(hù)效果，能夠有效地控制巷道的表面變形。

2) 對原巷道部分變形比較嚴(yán)重的位置進(jìn)行鉆孔探查，結(jié)果證明，巷道圍巖松動圈的固化效果很好。

上莊煤業(yè)通過應(yīng)用錨索注漿固化巷道圍巖松動圈支護(hù)技術(shù)，有效穩(wěn)固了巷道圍巖松動圈。筆者認(rèn)為，該技術(shù)對同類條件礦井固化巷道圍巖松動圈工作有一定的借鑒作用。