軟巖支護技術(shù)在下石節(jié)煤應(yīng)用

陜西彬長礦業(yè)集團胡家河礦業(yè)公司 任軍產(chǎn)

軟巖支護技術(shù)在下石節(jié)煤應(yīng)用

陜西彬長礦業(yè)集團胡家河礦業(yè)公司 任軍產(chǎn)

下石節(jié)煤礦隸屬于陜西省銅川礦務(wù)局焦平礦區(qū)，主采煤系為4-2#煤層，是一個年產(chǎn)180萬噸的國有重點高產(chǎn)高效礦井.其井筒開拓方式為三條斜井中央并列式開拓，三條主井筒圍巖以泥巖、根土巖和炭質(zhì)泥巖、花斑泥巖、粉沙巖及砂質(zhì)泥巖為主，其厚度達10m以上，極為破碎，團塊狀結(jié)構(gòu)，遇水及易膨脹，易冒落。每年因井筒的維修耗費大量的人力、財力，而且極大的制約著通風(fēng)安全及生產(chǎn)。

軟巖支護技術(shù)將松散破碎的圍巖膠結(jié)成整體，提高了巖體的強度，使巷道圍巖保持穩(wěn)定而不易產(chǎn)生破壞。此項技術(shù)的推廣應(yīng)用，取得良好的社會經(jīng)濟效益。

軟巖 支護技術(shù) 應(yīng)用

下石節(jié)煤礦由于以往三條主井筒大多都采用以砌碹為主的被動支護形式，這種支護形式基本不具備初阻力，只是在圍巖變形后，隨著圍巖變形的增加，支護阻力隨之增大，由于圍巖變形后，支護阻力急速上升，造成碹帽變形破壞，常出現(xiàn)巷道底臌、幫臌、局部碹帽下沉、出現(xiàn)尖頂、平頂現(xiàn)象，且碹帽被擠壓破碎。在軟巖巷道內(nèi)采用砌碹支護，巷道返修率高，資金投入量大，平均每2～3年就得返碹維修一次。嚴重影響礦井通風(fēng)安全及生產(chǎn)，且由于反復(fù)維修，使碹帽頂部軟巖多次松動、脫層、離層，局部冒頂區(qū)在一次次的維修中，頂板軟巖不斷跨落，而冒頂頂部沒有好的辦法充填、接頂，使風(fēng)井圍巖的松動圈不斷擴大，巷道頂部跨落自然拱加高加寬，最高處達10m以上，最寬處達6m左右，。這些都給以后巷道維修帶來了很大困難。

局礦多方考察研究，確定在下石節(jié)煤礦風(fēng)井進行軟巖支護試驗，即錨注支護試驗，大力推進錨注技術(shù)和管理創(chuàng)新，深挖潛力，強化管理，認真組織職工學(xué)習(xí)，現(xiàn)場實習(xí)操作，并重新購買了兩臺噴漿機、兩臺注漿泵，增加施工隊伍，使錨注支護這一新技術(shù)在下石節(jié)礦迅速應(yīng)用推廣。

一、錨注支護概述

軟巖動壓巷道是煤礦巷道支護的難點，它的特點是圍巖破裂范圍大且圍巖變形量大。為擴大錨桿支護的范圍，近幾年來我國煤礦在軟巖動壓巷道中曾多次試驗錨噴支護、可拉伸錨桿、全長錨固錨桿、組合錨桿、桁架錨桿及高強度樹脂錨桿，但軟巖巷道的破裂區(qū)通常寬達2～3m，單純使用錨桿或組合錨桿，使破裂區(qū)完全處于受壓狀態(tài)而形成平衡拱是較難實現(xiàn)的。利用錨桿兼做注漿管，實現(xiàn)外注內(nèi)錨，是擴大錨桿在軟巖動壓巷道中使用范圍的一項新的途徑。

對于節(jié)理裂隙發(fā)育的軟巖，注漿可改變圍巖的松散結(jié)構(gòu)，提高粘結(jié)力和內(nèi)摩擦角，封閉裂隙阻止水對巖體侵蝕，使巖體強度顯著提高。注漿加固還可為錨桿提供可靠的著力基礎(chǔ)，使錨桿對松散圍巖的錨固作用得以發(fā)揮。但是注漿只能在圍巖的一定深度進行，軟巖巷道圍巖表面往往破裂，形成了一定寬度的破裂層，所以注漿無法在圍巖表面進行，還需與錨噴支護共同維持巷道圍巖周邊的穩(wěn)定。因此，采取錨噴與注漿相結(jié)合的方法，使錨噴和注漿各自的范圍得到擴展，大大提高對軟巖的支護效果，擴大了錨桿的使用范圍。

二、錨注支護施工工藝

（一）、錨注施工工藝確定

在下石節(jié)煤礦采用錨注支護工藝施工過程中，開始采用的施工工藝為：臨時架棚加固原碹體—破碹、擴幫、挑頂至設(shè)計斷面—打錨桿、掛網(wǎng)、打錨索—安裝注漿錨桿—噴漿（≮50mm）—注漿—復(fù)噴。

但這種施工工藝在施工中存在問題較多：a、打眼使用的風(fēng)動鉆機，帶水作業(yè)時，軟巖遇水后迅速膨脹、風(fēng)化、脫落且頻繁出現(xiàn)夾釬現(xiàn)象。B、采用掛菱形金屬網(wǎng)，網(wǎng)孔小，在以前錨噴巷道中使用，效果不好，很容易出現(xiàn)網(wǎng)包、離層。C、破除碹體后，再生偽頂很不穩(wěn)定，錨桿還未打完就會自行跨落下來，跨落高度為2～3m。

這些原因都嚴重影響著施工的正常進行，后經(jīng)各部門共同研究，并總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，制定了切實可行的措施、辦法和施工工藝,使錨注施工順利開展進行。現(xiàn)錨注支護施工工藝過程為：

臨時架棚加固原碹體—破除碹體頂部碹帽—清渣、初噴（50mm）—打頂部錨桿—破除原碹體兩幫墻體并初噴（50mm）—打兩幫錨桿—在錨桿上掛縱橫鋼絲繩或金屬網(wǎng)形成組合錨桿—復(fù)噴（至巷道成形規(guī)整)—打注漿錨桿孔—安裝注漿錨桿—注漿。

1、臨時架棚加固原碹體：即在原碹體施工正頭架棚加固,棚距750mm。

2、破除碹體頂部碹帽、清渣、初噴50mm厚：即在破除原碹體頂部碹帽后，一邊清渣，一邊噴漿50mm厚，作為臨時支護，漿液配合比為水泥：沙子：石子=1：2：2（重量比）。

3、打頂部錨桿：即在初噴50mm厚的噴體上打錨桿，錨桿采用Φ20mm的螺紋鋼加工，錨桿長2250mm，錨桿布置間排距為750×750mm。

4、破除原碹體兩幫墻體、初噴50mm厚，打兩幫部錨桿：即在把頂板控制后，再破除兩巷幫墻體，初噴50mm厚，再在噴體上打兩幫部錨桿，錨桿規(guī)格及間排距同上，兩幫最下面一排錨桿（即底角錨桿）要有30~45度的下扎角。

5、在錨桿上掛縱橫鋼絲繩：即用廢舊鋼絲繩縱橫固定在錨桿上，并用鼓形托板將鋼絲繩拉緊、壓實，鼓形托板規(guī)格為：120*120*10mm的鐵托板。

6、復(fù)噴100mm厚：即噴漿直至將錨桿外露部分、鋼絲繩覆蓋嚴，并噴漿至巷道成形規(guī)整，因此噴漿最大厚度可達500mm。

7、打注漿錨桿孔、安裝注漿錨桿：即滯后施工正頭10m開始打注漿錨桿，注漿錨桿長1.5m，用4分有縫鋼管加工，注漿錨桿布置間排距為1500*1500mm；安裝注漿錨桿封孔采用空心式快硬膨脹水泥藥卷。規(guī)格：長250mm，其外徑為38mm，內(nèi)徑為23mm。

8、注漿：注漿材料選用煤礦常用的525#硅酸鹽水泥，考慮到風(fēng)井花斑泥巖有遇水崩解泥化的傾向，因此，風(fēng)井錨注加固時必須控制好水泥漿液的水灰比，減少非飽和水的含量，則水灰比取0.75：1。注漿壓力定為3～4Mpa。根據(jù)我礦做的注漿記錄，每孔最大注漿量為2噸。平均每孔注漿量為500kg。注漿系統(tǒng)由：注漿泵、主干軟管、快速連接頭、三通閥異徑連接頭、截止閥等組成。

（二）、注漿錨桿及注漿

注漿錨桿由錨桿桿體、托板等部分組成。錨桿桿體為4分空心鋼管，分為注漿段、錨固段和尾部的螺紋段，在注漿段上鉆有交叉分布的注漿孔,錨固段的外面為快硬、高強的水泥錨固劑，其前部為擋環(huán)。

錨注支護的關(guān)鍵技術(shù)是注漿錨桿與鉆孔巖壁之間的密封。要求密封方法既有良好的密封性，能提供足夠的抵抗注漿壓力的能力，又具有簡便、快捷、低廉等優(yōu)點。試驗采用圓環(huán)體狀快硬、高強的密封錨固卷，密封錨固卷長度可按圍巖的裂隙發(fā)育程度和注漿壓力大小隨意調(diào)節(jié)。這種方法不僅結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，成本低廉，由于密封錨固卷密封長度較長且隨意調(diào)節(jié)，可有效防止高壓漿液從巖體裂隙向巷道空間外泄，而且密封錨固卷巧妙地將密封與錨固融為一體，不僅實現(xiàn)了“錨注一體化”，而且實現(xiàn)了“錨封一體化”，密封效果十分理想。

三、支護機理分析

錨注支護是以適應(yīng)軟巖變形特征的先柔后剛的支護形式，先通過錨噴的組合拱原理，形成一個松散的組合拱以達到允許一定變形及卸壓的作用，在通過對圍巖的注漿加固獲取足夠的巖體強度來抗拒圍巖的變形，達到巷道圍巖的穩(wěn)定。

圍巖注漿的主要作用：

1、注漿后漿液將松散破碎的圍巖膠結(jié)成整體,即把原巖體內(nèi)存在的裂隙注入高強度漿液后形成強筋骨，從而提高了巖體自身強度,有效地改變巖體的力學(xué)物理性質(zhì)，實現(xiàn)利用圍巖本身作為支護結(jié)構(gòu)的一部分,充分調(diào)動圍巖的自承能力。

2、采用注漿錨桿注漿，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的本身強度，提高圍巖的穩(wěn)定性。

3、利用注漿錨桿注漿充填圍巖裂隙，配合錨噴支護，可以形成一個多層有效組合拱，即噴網(wǎng)組合拱，錨桿壓縮組合拱及漿液擴散加固拱，從而擴大了支護結(jié)構(gòu)的有效承載范圍，提高了支護結(jié)構(gòu)的整體性和承載能力。

4、注漿加固后能使普通端錨固實現(xiàn)全長錨固，從而提高了錨桿的錨固性和可靠性，保證了支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，且注漿錨桿的本身為全長錨固錨桿，他們共同將多層組合拱連成一個整體，共同承載，提高了支護結(jié)構(gòu)的整體性。

5、注漿后使得作用在拱頂上的壓力能有效的傳遞到墻，通過對墻的加固，又能把載荷傳遞到底板，同時由于組合拱厚度的加大，這樣又能減少作用在底板上的載荷集中度，有利于減少底板巖石中的壓力，減輕底臌，從而提高了支護結(jié)構(gòu)的承載能力，擴大支護結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性。

四、施工設(shè)備（按一個施工點進行配備）

序號 設(shè)備名稱 設(shè)備型號 單位 數(shù)量1 風(fēng)鉆 YT-24 臺 2 2 風(fēng)鎬 臺 2 3 噴漿機 ZHP-70 臺 1 4 注漿機 QZB-50/6 臺 1

五、錨注支護效果分析

自下石節(jié)礦采用錨注支護加固以來，同時對錨注段巷道進行了礦壓觀測，根據(jù)觀測結(jié)果液壓枕讀數(shù)為零、測力錨桿讀數(shù)變化不大可知：注漿后圍巖的可錨性明顯提高，提高幅度在18.65%～264%之間，且巷道基本無變化，圍巖位移最大為2～3mm。

六、錨注支護社會經(jīng)濟效益分析

雖然每米巷道支護成本比現(xiàn)有砌碹支護高，但避免了巷道反復(fù)修復(fù)的惡性循環(huán)，從長遠分析各項費用也明顯降低。為下石節(jié)礦軟巖巷道支護提供了新途徑，也為擴大錨桿支護的應(yīng)用范圍、降低巷道支護成本，減輕工人勞動強度找到了一種新方法。已有的錨注支護實驗結(jié)果表明，該項技術(shù)在銅川焦坪礦區(qū)具有廣闊的應(yīng)用前景，必將取得顯著的社會經(jīng)濟效益。

七、注漿錨桿的技術(shù)管理

錨注支護四分技術(shù)六分管理，管理不到位則技術(shù)不可能指導(dǎo)生產(chǎn)，由于錨注支護隱蔽工程的特殊性，因此技術(shù)管理尤為重要。

1、組合錨桿安裝

錨桿間排距按設(shè)計要求，掛繩要直、緊、規(guī)范，錨桿眼深與錨桿配套，并且垂直于圍巖表面，安裝錨桿應(yīng)保證樹脂的攪拌時間，并上緊托盤。

2、噴射混凝土：

（1）噴射混凝土應(yīng)盡量作到厚度均勻，并滿足參數(shù)要求，杜絕漏噴、毛噴現(xiàn)象，以防止注漿時漏漿跑漿影響施工；

（2）噴射混凝土所用材料的標號、規(guī)格、材質(zhì)，配比應(yīng)符合設(shè)計要求，并混合均勻，保證噴層強度；

（3）噴漿手要正確掌握好噴漿頭與巖幫、頂?shù)木嚯x和噴頭方向、以保證材料消耗并達到預(yù)定噴層的強度要求；

（4）噴漿后24小時的養(yǎng)護必須認真實施，以保證混凝土的強度及防止脫水龜裂的出現(xiàn)，影響注漿效果；

3、注漿作業(yè)

（1）要保證注漿錨桿孔的設(shè)計間排距，并要求垂直與巖面，底角注漿錨桿下扎30～45度，要嚴格控制孔深，使其與注漿錨桿長度配套；

（2）使用快硬水泥藥卷應(yīng)按規(guī)程作業(yè)，嚴格控制浸泡水時間，并保證夯實以滿足注漿壓力要求；

（3）漿液配比、水灰比和注漿終壓應(yīng)滿足設(shè)計要求；

（4）開機前應(yīng)檢查噴層和管路，檢查閥門是否完全開啟，管路接頭要牢靠、嚴密、有效；

（5）注漿作業(yè)應(yīng)組成專門正規(guī)隊伍，注漿機械由專人負責(zé)，有專人監(jiān)督壓力表，注漿要加強信號聯(lián)系，保證注、停及時，反應(yīng)快速；

（6）遇到漏、跑漿時，可暫停注漿，采取措施封堵漏漿處，過30分鐘后即可再注；

（7）注漿的空口閥應(yīng)在注漿后6小時拆除，可在第二班進行，拆下的閥門要及時清洗干凈，然后抹上機油備用；

（8）每班注漿完畢，要及時清洗注漿泵及其管路、及時維護；

八、體會：

1、采用錨注支護技術(shù)在空間及時間上允許采用交叉平行作業(yè)，為快速維修巷道奠定了基礎(chǔ)，大大提高了巷道施工進度；

2、對修復(fù)巷道采用錨注支護技術(shù)，簡化了修復(fù)工序，降低了勞動強度，減少了修復(fù)工程量，為高應(yīng)力軟巖巷道找到了一條安全快捷的修復(fù)方式；

3、采用錨注支護技術(shù)，將松散破碎的圍巖膠結(jié)成整體，提高了巖體的強度，使巷道保持穩(wěn)定而不易產(chǎn)生破壞；

4、利用注漿充填圍巖裂隙，配合錨噴支護，可以形成一個多層有效組合拱，極大的提高了支護結(jié)構(gòu)的整體性和圍巖的自身承載能力；

5、將錨注支護技術(shù)應(yīng)用于高應(yīng)力軟巖巷道，為解決類似條件下巷道支護問題提供了先進技術(shù)，也為下石節(jié)礦軟巖巷道支護指明了方向；

6、通過在下石節(jié)礦錨注支護試驗中，平均每孔注漿量為500kg，可以肯定采用錨注支護技術(shù)是很適合該礦軟巖巷道支護的一種先進形式。錨注支護技術(shù)，已在下石節(jié)礦迅速推廣應(yīng)用，并將取得良好的社會經(jīng)濟效益。