“探、注、錨”地質構造區巷道圍巖控制技術

鄭樹權，李景濤

(龍煤集團雙鴨山分公司東榮二礦，黑龍江 雙鴨山 155142)

由于缺乏可靠小地質構造資料，當巷道掘進盲目揭露地質破碎帶時，長出現圍巖跨落、巷道冒頂等安全事故，影響巷道掘進施工安全技術速度，在圍巖控制上也只能待破碎帶冒落穩定后進行，無有效可行辦法。且目前雙鴨山礦區地質構造發育區支護方法比較傳統，一直以架木垛、工字鋼金屬支架、U型金屬支架為主，工程量大，操作安全性差，支護結構穩定性差，在受到采動應力影響后易發生支護結構破壞、冒頂等事故。

1 “探、注、錨”支護技術理念

常規巷道圍巖的支護理論和技術更多的是僅從支護前的巷道工程地質條件出發，采用靜態的觀點分析問題，很少從巷道維護的全過程出發，也很少考慮開挖后圍巖對支護的動態力學響應，采用常規支護時，巷道在整個維護期間穩定性都在降低，圍巖賦存狀態始終處于劣化狀態，因而很多軟巖巷道穩定性問題解決的不夠理想。20世紀80年代以后，巷道圍巖控制技術快速發展，支護圍巖關系的認識更加深入，圍巖不僅被看作傳遞和產生載荷的介質，同時也是與各種在其內部或外部支撐的支護結構物構成統一的、相互作用的共同承載體[1-2]。因此加固圍巖以改善和提高圍巖本身的力學性能已成為支護技術發展的主流，采用先進科學的維護技術能夠改善或保持圍巖的穩定性，滿足工程要求。本課題組提出“探、注、錨”深部破碎圍巖巷道支護技術原理包括如下幾個要點。

“探”以探測為先導，對巷道圍巖進行預探，即在巷道掘進前通過鉆探、物探技術對巷道圍巖進行超前探測，以探明巷道掘進前方圍巖變化情況；當探測出巷道掘進前方存在地質構造或圍巖破碎時，以及巷道掘進后由于應力變化導致巷道圍巖破碎時，通過注漿錨桿對破碎圍巖進行注漿加固圍巖，同時注漿錨桿本身的全長錨固作用使注漿后的破碎圍巖承載能力明顯提高。

“注”通過注漿技術，對破碎煤巖體進行注漿加固，使破碎圍巖重新形成穩定的整體，人為形成一個承載結構，改變原有破碎圍巖力學狀態，充分發揮煤巖體的自身承載能力，在防止圍巖進一步破碎同時，達到控制圍巖目的。

“錨”結合錨注支護技術，通過注漿錨桿[3]的注漿加固，形成全長錨固，使破碎圍巖內形成穩定的全長錨固結構，不僅在注漿錨桿長度范圍內形成錨固作用，同時通過注漿體擴大了注漿錨桿的錨固范圍，增強了錨桿在圍巖中的錨固能力，使圍巖與支護體之間形成更穩定的整體，達到控制破碎圍巖的效果。

2 “探、注、錨”支護技術關鍵技術手段研究

2.1 探測技術

利用瑞利波探測儀，對巷道掘進工作面進行超前探測，分析掘進前方80m范圍內明顯地質異常，結合地質資料明確地質異常屬性、賦存位置，掌握構造帶準確位置。當巷道掘進至構造區破碎帶前一定距離時，施工破碎圍巖巷道快速通過及控制技術。

2.2 錨注支護技術

“探、注、錨”支護技術中的“注”和“錨”通過注漿錨桿將破碎圍巖注漿加固與打設全長錨固錨桿兩種加固手段以及操作工藝流程有機結合，使“注”、“錨”一體化。

2.2.1 錨注支護加固機理

1)采用注漿錨桿注漿，可以利用漿液封堵圍巖的裂隙，隔絕空氣，防止圍巖風化，且能防止圍巖被水浸濕而降低圍巖的本身強度。

2)注漿錨桿注漿后將松散破碎的圍巖膠結成整體，提高了巖體的內聚力、內摩擦角及彈性模量，從而提高了巖體強度，可以實現利用圍巖本身作為支護結構的一部分。

3)注漿錨桿注漿后使得噴層壁后充填密實，這樣保證荷載能均勻地作用在噴層和支架上，避免出現應力集中點而首先破壞。

4)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，即噴網組合拱、錨桿壓縮區組合拱及漿液擴散加固拱，形成的多層組合拱結構，擴大了支護結構的有效承載范圍，提高了支護結構的整體性和承載能力。

5)注漿后使得作用在拱頂上的壓力能有效傳遞到兩墻，通過對墻的加固，又能把荷載傳遞到底板。由于組合拱厚度的加大，這樣又能減小作用在底板上的荷載集中度，從而減小底板巖石中的應力，減弱底板的塑性變形，減輕底朦。底板的穩定，有助于兩墻的穩定，在底板、兩墻穩定的情況下又能保持拱頂的穩定;頂板的穩定不僅僅取決于頂板荷載，在非破碎帶中關鍵取決于底板和兩墻的穩定，因此注漿支護的又一個重點就是保證兩幫與底板的穩定，從而保證整個支護結構的穩定[4]。

6)注漿錨桿本身為全長錨固的錨桿，通過注漿也使端錨的普通錨桿變成全長錨固錨桿，從而將多層組合拱聯成一個整體，共同承載，提高了支護結構的整體性。

7)注漿使得支護結構面尺寸加大，圍巖作用在支護結構上的荷載所產生的彎距減小，從而降低了支護結構中產生的拉應力和壓應力，因此能承受更大的荷載，提高了支護結構的承載能力，擴大了支護結構的適應性。

8)注漿后的圍巖整體性好，與原巖形成一個整體，從而能在構造應力作用下保持穩定而不易產生破壞[5-7]。

2.2.2 錨注施工工藝

1)注漿施工機具。氣動雙液注漿泵以其使用輕便，環境適應力強，操作簡單等優點是目前煤礦井下注漿的理想設備，但現有雙液泵的漿液比例是固定的，無法滿足前述水泥-水玻璃雙液漿的合理比例。通過與鎮江煤礦機械有限公司協調，設計生產了適用于煤礦井下水泥-水玻璃雙液漿固定比例的特種圍巖加固注漿泵，是錨注支護技術的關鍵設備。

2)注漿材料。水泥-水玻璃雙液漿以凝固速度快，成本低的特點，在礦井裂隙堵水治理中廣泛應用，通過對不同比例、材質的水泥-水玻璃漿液配比試驗，最終確定硅酸鹽水泥與水玻璃的合理配比，該漿液能在可控時間內凝固，達到控制注漿范圍、迅速膠結破碎圍巖的效果。

3)注漿施工工藝及系統。破碎圍巖錨注施工工藝流程圖如圖1所示，注漿系統組成如圖2所示。

圖1 錨注施工工藝流程圖

圖2 注漿系統示意圖

3 “探、注、錨”地質構造區巷道圍巖控制技術應用情況

雙鴨山礦區多數礦井開采年限已達30年，開采深度達到750m，尤其地質構造復雜區域的煤礦，巷道圍巖控制是影響礦井安全高效生產的主要制約因素。 “探、注、錨”支護技術，在東榮三礦、東榮二礦、安泰煤礦進行了長期應用，為雙鴨山礦區深部巷道快速掘進及圍巖控制解決了實際問題，以最少得成本、工期投入，代替了巷探及傳統圍巖加固施工，取得了非常理想的效果。

4 結論

針對目前深部開采礦井巷道圍巖控制難題，尤其地質構造發育區巷道掘進及圍巖控制困難的現象，研究提出了“探、注、錨”地質構造區巷道圍巖控制技術，在雙鴨山礦區取得了成功應用，為煤礦解決了生產技術難題，是礦井圍巖控制安全、環保、有效、可靠的新技術結合。

[1] 張農.巷道滯后注漿圍巖控制理論與實踐[M].徐州:中國礦業大學出版社, 2004.

[2] 宋曉輝. 錨注加固軟巖巷道機理分析及合理注漿時間的確定[D].泰安：山東科技大學，2006.

[3] 翟飛飛. 管式注漿錨桿在軟弱破碎圍巖地下(邊坡)工程中的應用[J].隧道建設，2007(8)：442-444

[4] 王浩. 回采巷道松軟破碎圍巖注漿加固與支護技術研究[D].徐州：中國礦業大學，2008.

[5] 王連國，張志康，張金耀.高應力復雜煤層沿空巷道錨注支護數值模擬研究[J]. 采礦與安全工程學報，2009，26(2):145-149.

[6] 孔一凡,姬陽瑞.動壓巷道錨注加固技術應用研究[J].煤炭科學技術, 2006, 34(8)：32-35.

[7] 王連國,繆協興,董建濤.動壓巷道錨注支護數值模擬研究[J].采礦與安全工程學報,2006,23(1):39-42.

[8] 侯朝炯,郭宏亮.我國煤巷錨桿支護技術的發展方向[J].煤炭學報,1996,21(2)：113-118.