錨注技術在深井軟巖巷道中的應用

金希武 任金龍

0 引言

隨著大規模的礦山開采和采深的加大，深部高應力極軟巖巷道支護問題日益突出，如淮北、淮南、龍口、徐州、鐵法、肥城、棗莊等地區的礦區。深部高應力極軟巖巷道一般具有:1)巷道埋深大、受采動影響或構造應力大;2)圍巖松軟破碎、流變性大;3)來壓時間快、初期變形量大、持續時間長;4)圍巖遇水易于崩解、強度急劇降低等特點。如采用不適當的維護措施，巷道圍巖變形愈加劇烈，最終將導致巷道破壞，探索高應力極軟巖巷道合理支護方式成為亟待解決的重大問題。本文提出了以內注漿錨桿為核心的錨注支護體系，以解決深部高應力極軟巖巷道支護難題。近幾年來，對軟巖巷道、不良巖層巷道、軟弱圍巖巷道錨注支護問題進行了研究和工程實踐，取得了豐碩的成果。在現有研究成果的基礎上，經過不斷的探索和實踐，成功地將錨注支護技術應用于支護十分困難的深部高應力極軟巖巷道，較好地解決了這類巷道的支護問題。

1 錨注支護體系

與砌碹、金屬支架等被動支護相比，錨桿支護最大的優越性在于能及時主動地支護圍巖，但錨桿支護的錨固力很大程度上取決于所錨巖體的力學性能。在深部高應力極軟巖巷道，圍巖的可錨性較差是造成錨桿錨固力低和失效的重要原因。錨注新型支護技術巧妙地將錨桿和注漿結合起來，利用錨桿兼作注漿管，實現“錨注一體化”。可根據具體的圍巖條件，選擇如下相應的錨注支護體系:1)錨、網、噴、注聯合支護:用于圍巖極為破碎的情況下，巷道掘進或翻修時，采用這種支護體系。2)錨、網(帶或繩)、梁、噴、注聯合支護:這種支護體系是頂板采用錨、梁、噴支護，兩墻采用錨、網(帶或繩)、噴、注聯合支護。主要是針對巷道頂板含有強膨脹性蒙脫石或頂板易冒落而采取的措施。3)錨、帶(繩)、噴、注聯合支護:用錨桿固定鋼筋帶或鋼絲繩、鋼筋帶或鋼絲繩將單體錨桿連接起來，發揮群體錨桿作用，亦稱“組合錨桿體系”，然后噴混凝土、注漿，進一步提高支護能力。4)專門設計的支護體系:對于一些機電硐室、與井筒相連的馬頭門等，不能全面翻修，只能一次性加固時，采用較大直徑、較長錨桿、較粗鋼筋帶與注漿錨桿注漿相結合的支護體系。5)底臌處理:除遇水泥化或無法在巷道底板打注漿孔時，一般都采用注漿錨桿，或注漿錨桿與組合錨桿聯合支護，能有效地提高底板強度，防止底臌或減小底臌量。另采用加長底角錨桿及底角注漿錨桿，也能有效地控制巷道底臌。

2 錨注支護應用

國投新集能源股份有限公司口孜東煤礦位于阜陽市潁東區東南25 km處，第一水平位于－967 m，屬千米深井。－967 m水平等候室東通道巷道全長48.5 m，巷道坡度為1.1‰，設計為錨網噴支護。受礦壓及地質條件的影響，局部巷道頂板開裂，底板鼓起，采用適合深部高應力下極軟巖巷道特點的錨注支護體系。

2.1 注漿材料

注漿錨桿采用6分焊管制作，鋼管直徑22 mm，壁厚為3 mm。淺孔注漿錨桿長1 600 mm，深孔注漿錨桿長2 000 mm，淺孔錨桿桿體上每隔150 mm，深孔錨桿桿體上每隔200 mm，按T字形梅花布置φ5 mm注漿孔;端部車70 mm的絲扣，制作M20螺紋。終端加工成扁狀，以增加注漿出口壓力。在注漿錨桿外段200 mm處纏繞棕繩(棉絲)，將其裝入眼孔，管頭外露不大于50 mm，用水泥或礦用樹脂藥卷封眼口，封堵嚴實，以防脫錨。

注漿材料以單液水泥漿為主，注漿水泥采用普通硅酸鹽水泥，水灰比為0.7∶1或1∶1。若單孔注漿壓力小，注漿量稍大，也可在單液水泥漿中加入水泥量的15%～20%水玻璃與其均勻攪拌注入，以節約材料，降低成本。

2.2 注漿參數

1)注漿鉆孔的規格:注漿鉆孔的間排距:1 600 mm×1 600 mm，根據巖性間排距可放大或縮小200 mm。

2)注漿管外露不超過50 mm。

3)鉆孔角度:巷道底腳注漿錨桿與巷道底板成30°～45°角，底腳錨注孔位與巷道底板距離不大于0.5 m，其余注漿錨桿均與巷道周邊輪廓垂直布置，最小角度不小于75°。

4)注漿孔直徑32 mm，淺孔孔深2 000 mm，深孔孔深2 500 mm。

5)注漿擴散半徑及注漿壓力:a.注漿擴散半徑:注漿擴散半徑按巷道圍巖裂隙考慮，取3.5 m～5.0 m。b.注漿壓力:注漿壓力頂板為3 MPa，幫部為2 MPa，底板為2 MPa。

6)漿液配制:a.水泥漿的配制。配制水泥漿時，按設計配合比配制，力求加料嚴格準確，并攪拌均勻。b.現場每桶漿液配制。攪拌桶容積0.25 m3，滿桶時:用水188 kg、水泥4袋;桶2/3處:用水167 kg、水泥3袋。

2.3 注漿工藝

采用單、雙排孔間排交錯的聯合布置，按間排距1 600 mm×1 600 mm布置注漿孔，注漿孔深度淺孔選 2 000 mm，深孔選2 500 mm。先施工單排淺孔，間隔24 h后，再施工雙排深孔。巷道底腳注漿孔口管與巷道底板成30°～45°角，其余孔口管均與巷道周邊輪廓成垂直布置。

對幫、頂及底板進行間隔式單、雙排孔注漿作業時，先按排距3.2 m打單排淺孔注漿，每排布置7根錨注管，注漿結束后再在兩單排淺眼中間重新間隔3.2 m打雙排深孔復注深孔，每排為7根錨注管。注漿順序:自下而上逐排進行，先注排號為1，3，5，7后注2，4，6;底板布置3根1 600 mm錨注管，注漿順序為從兩邊到中間。

2.4 技術質量要求

1)注漿質量要求。a.注漿孔施工技術要求。施工注漿孔時，嚴格按照設計間排距布置，間排距誤差控制在±100 mm以內，孔深誤差控制在±100 mm范圍以內，幫、頂部錨桿角度不小于75°，底腳錨注管與幫部成30°～45°角。b.漿液制作及注漿技術要求。漿液制作時，嚴格掌握注漿參數、漿液配比、水灰比和注漿終壓，滿足設計要求。c.壓水實驗。每孔終孔測水后接通輸漿管路進行壓水試驗，壓力由小到大逐步升壓到終壓或注清水1 min。

2)注漿作業的質量管理。a.組織成立技術工種專業隊伍。注漿設備由專人負責。負責觀察和控制注漿壓力及注漿泵的操作和日常維修工作。注漿孔內注漿由專人負責，負責裝卸錨桿與注漿泵出漿管的連接，以觀察并處理滲漿和漏漿。其余工種配合注漿工作，確保其施工質量。b.加強注漿作業的質量管理。注漿作業中，其注漿量的大小，注漿質量的好壞均具有隱蔽性強的特點。因此，質量控制的日常管理工作尤為重要。要求專人負責對注漿孔號，注漿壓力，注漿量做好原始資料記錄和整理，以便于以后分析和評估注漿效果。

3)注漿效果檢查。工程結束后，采用打孔注漿進行耐壓試驗，幫部、頂部、底板都進行均勻布點，每30 m布置一組，孔深2 m，安裝1.6 m注漿管進行壓力測試，壓力達到3 MPa時停機并關閉球閥，這時壓力不明顯降低，巷道四周不滲水為合格品。

4)出現跑漿時，主要采用下述方法進行處理:a.提高漿液的濃度，進行間歇注漿;b.采用雙液漿的處理方法;c.對跑漿處可視具體情況用棉紗打釬或者干水泥塞堵裂縫，如遇大面積跑漿時，對該處進行挖補修復，待養護凝固，有一定強度后，在附近打眼注漿。

3 技術效果分析

主要是根據現場監控量測，其中包括:巷道支護收斂變形，底臌，圍巖深部位移，錨桿拉拔試驗，錨桿軸向力測定，噴層厚度，噴層受力量測。利用測桿、測槍等進行兩幫移近量、頂板下沉及底臌的量測。結果表明錨注支護技術的采用，有效地預防了由于巷道來壓導致的巷道破壞，有效地提高了支護結構的整體性和承載能力，有效地控制了深部高應力極軟巖巷道的大變形，延長巷道的服務年限，減少了二次修復次數，保證了巷道的穩定和礦井的正常生產。

4 結語

1)錨注支護為改善巷道的維護狀況、進一步降低支護成本、實現高產高效提供了一種新的技術保障手段，具有廣闊的推廣應用前景。2)錨注支護廣泛應用于不同類型的不穩定和極不穩定巷道支護，通過錨桿加注漿增強圍巖自身的支撐能力，達到控制圍巖變形來保持不穩定頂板的穩定。實踐證明采用合理的錨注支護參數后，巷道維護效果良好。

錨注支護技術的研究應用與采用型鋼支架支護相比，創造了較好的技術經濟、社會效益。在大埋深高應力條件下的巷道錨注支護技術的研究應用，拓寬了錨桿支護的應用范圍，圍繞煤礦生產主戰場，降低消耗，提高企業生產經濟效益，為企業的迅速發展打下了堅實的基礎。

[1]程 磊，許 巖.動壓巷道圍巖治理與穩定性評價[J］.山西建筑，2009，35(7):100-101.