錨錨注聯(lián)合支護(hù)在劉店煤礦軟巖巷道的應(yīng)用

摘要：該文分析了巷道破壞的原因，錨錨、注漿加固的機(jī)理和施工工藝。采用錨錨注聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，有效地控制巷道的變形破壞，取得了良好的圍巖支護(hù)效果。

關(guān)鍵詞：錨錨注 聯(lián)合支護(hù) 軟巖支護(hù)

0 前言

淮北礦業(yè)集團(tuán)劉店煤礦六采區(qū)膠帶下山設(shè)計(jì)在二疊系下統(tǒng)山西組巖層中，10煤層頂板之下，埋深-680m，區(qū)段內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，巷道施工范圍內(nèi)主要巖性以粉砂巖、細(xì)砂巖、泥巖為主，膠結(jié)性差、節(jié)理層理較發(fā)育，易風(fēng)化，見水膨脹率高，軟巖特征明顯。

六采區(qū)膠帶下山斷面為半圓拱形，采用U29金屬支架支護(hù)，起拱位置設(shè)計(jì)寬度5200mm。這種支架低阻滑移，雖然頂板打設(shè)超前支護(hù)鋼管，棚腿由鎖腿錨桿配合卡纜定位，但兩幫仍內(nèi)移較大，斷面收縮較嚴(yán)重，主要是U型支架與圍巖之間充填不實(shí)，存在大量不均勻間隙造成的巷道初期不承載，支架的設(shè)計(jì)承載能力難以發(fā)揮。

1 巷道破壞分析

六采區(qū)膠帶下山圍巖變形量大，表現(xiàn)為初期來壓快、變形顯著，如不采取有效支護(hù)措施，極易發(fā)生冒頂、片幫等破壞現(xiàn)象。即使圍巖變形變得比較穩(wěn)定后，圍巖還以一定的速度長期處于流變狀態(tài)。巷道來壓方向多表現(xiàn)為四周來壓。巷道開挖后不僅頂板、兩幫易發(fā)生顯著變形和破壞，底板也往往出現(xiàn)強(qiáng)烈變形和破壞，強(qiáng)烈底臌會加劇兩幫和頂板的變形和破壞。圍巖變形對應(yīng)力的變化非常敏感，受震動、鄰近巷道掘進(jìn)，圍巖變形和破壞均有明顯增加。圍巖變形有時突然劇烈增加，導(dǎo)致斷面迅速縮小，具有強(qiáng)烈的沖擊性。

2 支護(hù)原理

錨噴支護(hù)時一種主動支護(hù)，施工便捷，適用性強(qiáng)，但是此類支護(hù)必須根據(jù)不同的圍巖松動圈確定不同的支護(hù)參數(shù)，而在施工中經(jīng)常是不同圍巖特性的巷道套用同一參數(shù)，使得支護(hù)達(dá)不到預(yù)期效果。此類支護(hù)隱蔽性大，容易造成大面積漿皮脫落及冒頂事故。

以注漿錨桿及漿體加固為主的主動加固形式，先對原巷道進(jìn)行掛網(wǎng)、打錨桿、噴漿等臨時支護(hù)，再對圍巖進(jìn)行注漿固結(jié)，從根本上改變圍巖結(jié)構(gòu)，使之成為堅(jiān)實(shí)承載的支護(hù)拱。對于節(jié)理裂隙發(fā)育的煤體和巖體，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，使巖體強(qiáng)度顯著提高。注漿加固可為錨桿提供可靠的著力基礎(chǔ)，使錨桿對松散的圍巖的錨固作用得以發(fā)揮。

3 注漿加固的機(jī)理分析

3.1 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。

3.2 注漿后漿液將松散破碎的圍巖膠結(jié)成整體，提高了巖體強(qiáng)度。

3.3 注漿后噴層壁厚充填密實(shí)，保證荷載均勻地作用在噴層和支護(hù)體上，避免出現(xiàn)應(yīng)力集中點(diǎn)。

3.4 利用注漿錨桿注漿充填圍巖裂隙，配合錨噴支護(hù)，可以形成一個多層組合拱，擴(kuò)大了支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，且注漿錨桿的本身亦為全長錨固錨桿，將多層組合拱連成一共同承載體，提高了支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體性。

3.5 注漿使支護(hù)結(jié)構(gòu)的斷面尺寸加大，圍巖作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的荷載所產(chǎn)生的彎矩較小，降低了支護(hù)結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的拉應(yīng)力和壓應(yīng)力。

4 錨錨注聯(lián)合支護(hù)

對易變形巷道，應(yīng)實(shí)施二次支護(hù)。一次支護(hù)在保證圍巖穩(wěn)定的條件下允許有一定變形，釋放壓力；在合適的時間進(jìn)行二次支護(hù)，保持巷道的長期穩(wěn)定。

4.1 兩次錨網(wǎng)噴支護(hù)

錨桿規(guī)格一次支護(hù)為GM20/2400-490，二次支護(hù)為GM22/3000-490，間排距800mm×800mm，二次支護(hù)錨桿均勻布置在一次支護(hù)兩排錨桿中心位置，錨桿托盤一次支護(hù)采用TPF150×150/10型，二次支護(hù)采用TPF200×200/10型，鋼筋網(wǎng)規(guī)格為Φ6-100×100mm（1800×1000mm，冷撥帶肋鋼筋電阻焊接網(wǎng)），每孔采用2節(jié)Z2950中速樹脂藥卷。為保證錨固效果，及時對錨桿進(jìn)行二次加扭，使錨桿螺母擰緊力矩不小于300N·m，錨桿錨固力不小于80kN。

噴砼水泥選用淮北礦業(yè)集團(tuán)水泥廠生產(chǎn)的p.o42.5普通硅酸鹽水泥，黃砂粒徑為大于0.35mm中粗砂，石子粒徑為5-15mm，噴射砼料配比為水泥：黃砂：石子：速凝劑=1：2：2：0.03，水灰比為0.57：1，噴射砼強(qiáng)度為C20，一次噴砼厚80mm，二次支護(hù)噴砼厚70mm。

根據(jù)巷道來壓變形情況，合理確定二次支護(hù)與一次支護(hù)間隔的卸壓時間；二次支護(hù)頂部施工在一次支護(hù)后5m～30m，幫部施工滯后耙矸機(jī)施工。

4.2 錨索補(bǔ)強(qiáng)

補(bǔ)強(qiáng)錨索跟至耙矸機(jī)處。兩幫于底板以上500mm位置各打一根錨索，幫部錨索排距2400mm，錨索規(guī)格為YMS17.8/4.5-1860；頂錨索間排距為2400mm×2400mm，每排三根錨索，錨索規(guī)格為YMS17.8/6.3-1860。錨索托盤采用TPF300×300/10型，每排共五根錨索，每根錨索配置三卷Z2950樹脂錨固劑，先裝快速，后裝中速。樹脂錨固劑用錨索送至孔底后邊攪拌邊推進(jìn)，攪拌20～30秒停轉(zhuǎn)，等待2分鐘后再微落下鉆機(jī)。樹脂錨固劑凝固1小時后，方可進(jìn)行張拉預(yù)緊上托盤工作，預(yù)緊力一般不小于100KN。

4.3 注漿加固

為了滿足支護(hù)強(qiáng)度，采取注漿加固，注漿相關(guān)參數(shù)如下：

①注漿泵型號：ZBSB-52~8/10-15煤礦用雙液注漿泵。

②注漿材料：

注漿材料采用p.o42.5普通硅酸鹽水泥，漿液水灰比為1∶0.7~1∶1。

③注漿錨桿：采用端錨型注漿錨桿，長度2600 mm，4分鋼管制成，鋼管底端砸扁并擰成麻花狀(長度250mm)；鋼管底端1.0m長度內(nèi)錯開鉆孔，孔徑由大逐漸變小，前端孔徑Φ=8mm，后端孔徑Φ=4mm；錨桿底部采用一卷Z2950型樹脂藥卷錨固，并采用空心速凝水泥卷封孔，封孔深度為0.8m。

④注漿錨桿株排距1700×1600mm，中頂一根，分別向兩幫均勻布置，每排7根，底角注漿錨桿距底板距離為97mm并與巷道底板呈30°下扎角，其余注漿錨桿垂直于巷道輪廓線，外露50mm。

⑤水泥漿攪拌時間以水泥漿均勻?yàn)闇?zhǔn)。

⑥注漿量：以注漿壓力控制，注漿壓力4Mpa，注漿量以不發(fā)生大量跑漿為準(zhǔn)。在Φ800mm的特制攪拌桶（型號為JB-500）中放入清水深度700mm后按設(shè)計(jì)比例加入水泥均勻攪拌后進(jìn)行注漿，注漿終壓為4Mpa，達(dá)不到4Mpa時，繼續(xù)按上述水灰比注漿直至達(dá)到4Mpa為止，注漿期間要有專人記錄材料消耗。

⑦注漿滯后迎頭50米，注漿時逐排逐孔、自下而上進(jìn)行，兩幫同時注漿，每幫一次注兩孔，依次向上把圍巖裂隙充填滿，不可漏注或少注，如漏漿必須封堵時可暫停某孔注漿，但下一班必須補(bǔ)注。

⑧錨桿孔口封堵時，用泡好的水泥藥卷封堵孔口。

5 效果分析

兩次錨網(wǎng)噴支護(hù)使錨桿作用控制錨固區(qū)圍巖離層、滑動、裂隙張開、新裂紋產(chǎn)生等擴(kuò)容變形，圍巖處于受壓狀態(tài)，抑制圍巖彎曲、拉伸與剪切破壞，在錨固區(qū)內(nèi)形成剛度較大的次生承載結(jié)構(gòu)，最大限度地保持錨固區(qū)圍巖完整性，減小錨固區(qū)圍巖整體強(qiáng)度。注漿充填圍巖裂隙，提高了巖體強(qiáng)度，避免應(yīng)力集中，使圍巖作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的荷載所產(chǎn)生的彎矩減小。附加利用錨索卸壓，使巷道周邊的高應(yīng)力向深部轉(zhuǎn)移。（如圖：錨-錨支護(hù)注漿圖）

6 結(jié)束語

這種聯(lián)合支護(hù)形式降低了支護(hù)結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的拉應(yīng)力和壓應(yīng)力，解決了典型的深部巷道支護(hù)難題，實(shí)現(xiàn)了一次性支護(hù)，大幅度減少了巷修量，使巷道支護(hù)技術(shù)上了一個新臺階。基于此種支護(hù)系統(tǒng)允許變形量，同時考慮圍巖類型與地應(yīng)力的離層界限值確定方法，比較客觀、合理。