景 賀

（晉能控股晉城煤炭事業(yè)部宏圣建筑工程有限公司,山西 晉城 048000）

1 工程概況

在軟巖巷道中，巷道底板受到水的弱化作用容易發(fā)生底鼓現(xiàn)象。采用小孔徑錨索錨固是一種解決巷道底鼓行之有效的方法[1]。東大煤礦8-20中央進(jìn)風(fēng)大巷位于3號煤層下部18～23 m，巷道布置層位主要為砂質(zhì)泥巖和細(xì)粒砂巖。含水層主要為太原組含水層，由砂巖組成，內(nèi)部裂隙為主含水空間。中央進(jìn)風(fēng)大巷同時受到開采擾動影響，巷道圍巖變形嚴(yán)重。另外，巷道在局部存在大量積水，導(dǎo)致巷道底板底鼓嚴(yán)重，影響巷道進(jìn)風(fēng)量，威脅到井內(nèi)的通風(fēng)安全。因此在巷道底鼓嚴(yán)重段開展采用小孔徑錨索錨固底板巷道的技術(shù)研究。

在錨固過程中，鉆孔不可避免的有水存在，水對樹脂錨固劑的錨固性能影響很大，不僅影響錨索的初錨固力，而且還會導(dǎo)致后期錨固力的衰減。另外，底板水會對錨固段的錨索進(jìn)行腐蝕作用，嚴(yán)重影響錨索后期的錨固力。導(dǎo)致錨索錨固治理底板效果較差[2-3]。因此，深入研究底板小孔徑錨索的錨固機(jī)理，采用高強(qiáng)度、耐水性、耐腐蝕性的底板錨索錨固材料對巷道底板小孔徑錨索錨固具有重要意義。

2 巷道底鼓控制關(guān)鍵技術(shù)

2.1 錨索錨固原理

目前國內(nèi)外底板錨索錨固絕大部分采用大孔徑錨固，但是大孔徑錨固施工速度慢、成孔效率低、攪拌效果差。而小孔徑錨索具有較強(qiáng)的柔韌性、施工方便、錨固深度大、可施加較大預(yù)緊力等特點，其在煤礦行業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛[4]。

一般認(rèn)為，錨固類結(jié)構(gòu)存在2個界面，錨桿（索）與錨固劑之間的界面稱為第1界面；錨固劑與圍巖之間的界面稱為第2界面；錨固單元受力后，在這2種界面上產(chǎn)生剪應(yīng)力，荷載通過它們才能傳遞到穩(wěn)定地層中。巷道底板錨索錨固示意圖如圖1所示。第1界面與第2界面之間的錨固劑對錨索錨固效果起到至關(guān)重要的作用，錨固劑固化后的密實程度以及強(qiáng)度大小能夠影響剪應(yīng)力的傳遞過程。巷道底板錨索錨固過程從上到下可分為外漏段、自由段和錨固段，由于鉆孔積水以及底板含水層的存在，錨固劑受到水的影響，錨固效果會很大削弱。另外，鉆孔積水長期侵蝕鉆孔壁，導(dǎo)致鉆孔壁附近圍巖強(qiáng)度出現(xiàn)弱化。因此，對于含水較多巷道底板控制，需要解決錨固材料與水的不兼容問題，研究錨固材料遇水后的強(qiáng)度特性以及耐腐蝕性。

圖1 巷道底板錨索錨固示意圖

2.2 新型錨固材料

不同于常見的樹脂錨固劑（K235），小孔徑錨索錨固所采用的錨固劑為高強(qiáng)無收縮無機(jī)錨固材料，其主要成分為特種水泥、鋁酸鹽水泥、細(xì)骨料、外加劑等。

外加劑主要由硅灰、偏高嶺土、礦粉和聚丙烯纖維素組成，可以有效提高錨固材料固化后的密實程度和強(qiáng)度。另外，能夠消除錨固材料在固化過程中產(chǎn)生的離析現(xiàn)象。外加劑各成分的配比對錨固材料固化強(qiáng)度影響很大，經(jīng)過試驗分析得到了最優(yōu)的外加劑材料配比。

經(jīng)試驗分析，水灰比為0.4時，錨固材料性能最佳。硅灰、礦粉、偏高嶺土、聚丙烯纖維素各占錨固原材料的1.5%、0.1%、12%、0.05%時錨固材料固化體性能最佳。錨固材料固化體抗壓強(qiáng)度達(dá)到65.75 MPa，體積膨脹率為3.24%。初期錨固材料固化體強(qiáng)度和體積增長速度較快，后期逐漸趨于穩(wěn)定。

2? .3 錨固推進(jìn)過程分析

錨桿（索）作為煤礦井下主要的主動支護(hù)手段，能夠有效加固巷道圍巖強(qiáng)度，改善巷道變形、冒頂、片幫、底鼓等情況。在安裝錨桿時，所用的攪拌扭矩、轉(zhuǎn)速以及推力是評價錨固效果的重要指標(biāo)，合理的扭矩、轉(zhuǎn)速以及推力是實現(xiàn)錨桿（索）攪拌安裝時快速、高效的前提。

研究采用的新型錨固材料在錨固推進(jìn)過程中具有一定的優(yōu)勢。將新型錨固材料與普通的樹脂錨固劑對比分析，在錨固長度相同的情況下使用新型錨固劑其攪拌推力、扭矩相比于相同條件下樹脂錨固劑的攪拌推力、扭矩的值要小，新型錨固劑相對于樹脂錨固劑更易攪拌推進(jìn)，這是由于樹脂錨固劑粘稠度較大，攪拌推進(jìn)時錨索受到較大的阻力，新型錨固劑和易性較好，攪拌阻力較小。另外，使用新型錨固劑錨固時，錨索與錨固劑、錨固劑和孔壁結(jié)合較為緊密，錨固材料固化效果好，因此，錨索錨固效果較好、錨固力強(qiáng)。

3 工業(yè)性試驗

3.1 錨索錨固力監(jiān)測

在中央進(jìn)風(fēng)大巷底鼓較為嚴(yán)重的一段巷道進(jìn)行工業(yè)性試驗，通過布置測站監(jiān)測底板錨索錨固力以及巷道底鼓量，巷道總施工量200 mm，在巷道中布置3個測點，編號為1、2、3號，相鄰2個測站間距為50 m。

根據(jù)設(shè)計在每個測站分別對用樹脂錨固劑和新型錨固劑（直徑為22 mm，長度為350 mm）錨固的錨索進(jìn)行錨固力拉拔試驗，具體步驟如下：

1）首先使用底板鉆機(jī)在巷道底板鉆打錨索鉆孔，鉆孔直徑為28 mm。

2）分別將樹脂錨固劑和新型錨固劑塞入鉆孔，保證錨固長度均為1 000 mm。

3）將錨固劑攪拌均勻錨固。待錨固1 d后進(jìn)行錨索拉拔試驗。

得到的錨索錨固力對比統(tǒng)計表如表1所示。

表1 錨索錨固力對比統(tǒng)計表

從表1中可以看出，當(dāng)使用新型錨固材料進(jìn)行錨固時，3個測站錨索拉拔力平均值為315 kN。而使用樹脂錨固劑進(jìn)行錨固時錨索拉拔力均值為294 kN，由此可知看出新型錨固材料能提供更高的錨固力。

3.2 巷道支護(hù)返修設(shè)計

采用新型錨固劑對中央進(jìn)風(fēng)大巷底鼓嚴(yán)重段進(jìn)行返修，巷道斷面支護(hù)設(shè)計圖如圖2所示。具體參數(shù)如下：

圖2 巷道斷面支護(hù)設(shè)計圖

1）錨桿采用φ22 mm×2 600 mm高強(qiáng)錨桿，錨桿間排距600 mm×600 mm。

2）頂部錨索采用φ17.8 mm×7 500 mm，巷道頂部錨索間排距1 000 mm×1 400 mm，巷道底板錨索間采用φ17.8 mm×5 200 mm，間排距為900 mm×1 000 mm。

3）錨盤貼緊巖面，螺絲緊固，錨桿外露10～40 mm；錨索外露長度150～250 mm。

4）巷道兩幫和頂部錨桿、錨索與巷道輪廓線的夾角不小于75°；巷道底板錨索與巷道輪廓線的夾角成90°。

5）眼孔直徑不大于錨桿、錨索直徑10 mm。

6）眼孔深度不大于錨桿、錨索有效桿體50 mm。

7）鋼笆網(wǎng)鋪設(shè)平整，壓茬不小于50 mm，并用12號鐵絲雙道連接，每200 mm一道。

對巷道底板變形量進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果如圖3所示。

圖3 巷道底板變形監(jiān)測曲線圖

采用新型錨固劑進(jìn)行巷道底板錨索支護(hù)，有效解決了巷道底鼓問題，從圖3中可以看出在返修維護(hù)20 d左右巷道圍巖位移趨于穩(wěn)定，巷道底鼓量最大位移量控制在100 mm以下。

4 結(jié)論

1）東大煤礦中央進(jìn)風(fēng)大巷受巷道積水影響底鼓現(xiàn)象較為嚴(yán)重，采用傳統(tǒng)的錨索錨固治理底板，錨固劑受到水的影響，錨固效果會很大削弱。另外，鉆孔積水長期侵蝕鉆孔壁，導(dǎo)致鉆孔壁附近圍巖強(qiáng)度出現(xiàn)弱化。

2）研制出的新型錨固材料解決與水的不兼容問題。當(dāng)水灰比為0.4時，錨固材料性能最佳。硅灰、礦粉、偏高嶺土、聚丙烯纖維素各占錨固原材料的1.5%、0.1%、12%、0.05%時錨固材料固化體性能最佳。錨固材料固化體抗壓強(qiáng)度達(dá)到65.75 MPa，體積膨脹率為3.24%。

3）研究采用的新型錨固材料在錨固推進(jìn)過程中具有一定的優(yōu)勢。其攪拌推力、扭矩相比相同條件下樹脂錨固劑要小，使用新型錨固劑錨固時，錨索與錨固劑、錨固劑和孔壁結(jié)合較為緊密，錨固材料固化效果好，通過工業(yè)性試驗。采用新型錨固劑進(jìn)行巷道底板錨索支護(hù)，有效解決了巷道底鼓問題，巷道底鼓最大位移量控制在100 mm以下。