圍巖注漿加固及底板組合錨索支護技術

摘要：根據巷道圍巖性質和巷道破壞原因分析，確定采用圍巖注漿加固及底板組合錨索支護技術對失修巷道進行治理，以解決西二采區主運輸瓶頸問題，注漿與錨索聯合整合了錨索支護和注漿加固的優點，成為解決煤礦軟巖巷道維護的有效方式。

關鍵詞：軟巖支護 注漿加固 底板組合錨索

1 概況

1.1 北翼運輸大巷地質概況

六家煤礦北翼運輸大巷處在煤層底板的巖層中，距6-10煤層30～35m，巖性為灰黑色泥巖，厚度16m，節理發育，小塊狀、易脫落，遇水膨脹，地應力明顯。

1.2 北翼運輸大巷原支護狀況

北翼運輸大巷原設計為錨網噴支護，錨桿長2000mm，錨網采用8#鐵絲菱形網，噴層厚度150mm。在施工過程中為阻止變形，在錨噴巷道內套400mm厚料石碹，施工過程中料石碹又被壓壞，在料石碹基礎上架設11#工字鋼加砼支護，砼厚度400mm。2003年，返修采用全斷面錨索支護，錨索規格為φ15.247200mm，φ8鋼筋網，錨索間排距800X800mm，現頂拱已全部掛錨完畢。

2 北翼運輸大巷圍巖破壞原因

北翼運輸大巷所處巖層的巖性以灰黑色泥巖為主，泥巖厚度16m，受巖層縱橫交錯節理或裂隙的切割，巖層呈小塊狀結構，遇水膨脹并發生泥化。大巷開挖后，周圍巖體由三向受力變為二向受力，圍巖中進一步產生剪切裂縫，在應力的作用下，圍巖向巷道空間收斂變形，形成較大范圍的圍巖松動圈。

灰黑色泥巖的原始強度較低，其支護能力在超強的地應力面前有限，通過恢復和提高圍巖的自撐能力及承載能力，抵御深部圍巖的壓力，才能控制軟巖巷道的變形。對此類軟巖變形破壞巷道，最有效治理手段之一便是注漿加固補強與錨索支護的復合支護體系。化學注漿加固技術結合強力錨索支護技術是解決極松軟破碎巖層巷道或硐室支護難題的有效方法。對于破碎、節理裂隙發育的圍巖，注漿法可在原位改善圍巖的力學化學性能，提高其粘結力，提高巖體強度，為錨索提供著力基礎，使錨索對破碎圍巖的錨固作用得以發揮，提高圍巖的整體強度和自身的承載能力。因此，采取錨索與注漿相結合的方法，提高支護效果。注漿與錨索加固圍巖原理如圖1所示：

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1-巖層；2-錨索；3-注漿加固圈；4-錨桿加固圈

圖1 注漿與錨索加固圍巖原理示意圖

3 北翼運輸大巷加固總體方案

用化學漿對巷道圍巖進行注漿加固，封堵表面裂隙，使巷道形成強韌性和抗剪切能力的拱形圈。為了減少注漿加固成本，可在巷道表面圍巖內加注化學漿，并對巷道圍巖深部注水泥漿，與巷道圍巖淺部共同構成密實巖體，提高圍巖的整體性和抗變形能力。

注漿與錨索聯合加固的優點：①漿液能夠改善巖石的物理力學性質，使破碎巖石塊膠結成一體，提高巖體的整體強度和穩定性。②漿液能與巖體及錨桿全面接觸，將縫隙全部充填滿，從而調動圍巖的承載能力。③注漿后，中斷桿體與外界的聯系，阻止銹蝕反應，保證錨固能力和體系的穩定性。

4 化學注漿加固技術

煤巖體化學注漿加固是利用化學漿液填充和固結圍巖的裂隙面，提高圍巖整體強度，發揮煤巖體承載能力，保持圍巖穩定。漿液在注漿壓力作用下被擠壓或滲透到圍巖縱橫交錯的裂隙中并在一定時間內凝結固化，在松軟破碎圍巖內形成網絡骨架結構。由于化學注漿固結體的強度高于松軟圍巖體本身的強度，注漿后在圍巖裂隙網絡內所形成的網絡骨架的抗壓強度也大于圍巖的抗壓強度，而且注漿固結體具有良好的韌性和粘結性。在巷道圍應力的作用下，固結體與圍巖一起承擔深部圍巖應力載荷，圍巖的破壞條件由原來的裂隙弱面強度條件向接近巖體強度條件轉化。由于化學注漿材料固結體有較好的抗老化性，錨索鋼絞線材料為預應力鋼材，注漿后能有效地對錨索進行封閉并防止空氣中水分對鋼絞線的銹蝕。化學注漿材料和錨索鋼絞線的這些特性將會保證所施工井下注漿工程的長期穩定性。

5 注漿材料

5.1 注漿加固材料分為無機材料和有機材料，無機材料主要以水泥類漿液為主，有機材料注漿主要是波雷因漿液。

波雷因漿液在泵壓的作用下，注入煤巖體裂隙中，生成具有較高粘結性彈性體，改善了煤巖體的物理力學性能，彈性體與煤巖體均有較高的粘合力，在壓力作用下可滲透到微裂隙之中，混合后反應膨脹凝固，在膨脹的推動下，漿液充滿整個裂隙面，起到補強加固作用，提高圍巖的整體強度，對巷道松軟破碎圍巖起到有效的固結作用。

5.2 化學注漿加固設備。化學注漿采用由QB-12型氣動高壓雙液化學注漿泵和規格為20mΦ25mm高壓風管，出漿管為Φ10mm，長度10m、5m、2m各若干根，總計40m長。

6 注漿工藝

6.1 前期準備工作。①清理干凈現場，施工所用機械全部到位。②墻體兩側進行注漿。③巷道頂幫上的淋水用管路排到加固段外。④水、電接到施工現場。

6.2 鉆孔施工。①施工機具。頂幫注漿孔施工采用風動錨桿鉆機或強力煤電鉆。②質量要求。傾角、間排距、孔深等符合設計規定。

6.3 注漿。①注漿系統分為：化學和水泥兩種注漿系統。②水泥注漿流程。制輸漿：采用機械制漿，采用高壓膠管輸送。壓注：采用雙液注漿。清洗系統：將兩路吸漿管放入清水中對泵腔和管路清洗。注漿系統保養：主要設備維修加油，每壓注水泥15噸進行一次大修。③化學注漿壓力。針對巷道巖性及支護狀況以及巷道圍巖的承受能力，當供風風量不低于3m3/min，供風壓力不低于0.5MPa時，設計注漿終壓為3MPa。

6.4 施工工藝流程。按照自下而上，先注底角，再注兩幫，最后注拱頂錨桿的順序進行斷面內注漿。施工順序：施工時先注淺部化學漿，然后注深部水泥漿孔。對于化學注漿第一階段結束后預先將第二階段孔位封好孔，以備及時注漿。

7 底板組合錨索支護技術

底板錨索用直徑為17.8mm的鋼絞線作錨索，單根強度1860Mpa、破壞負荷350.0KN。注漿時所有巖石被膠結成一個整體，發揮圍巖自承能力。

8 巷道注漿參數設計

8.1 注漿孔布置。化學漿注漿孔按照排距2.5m、孔距1.5m、孔深2.5m進行布置；水泥漿注漿孔按照排距2.5m、孔距1.5m、淺孔孔深2.5m，深孔孔深7m進行布置。化學注漿和水泥注漿孔布置參數基本相同。加固段巷道長度320m，從里向外100m用淺孔注化學漿，從100m～200m采用淺孔和深孔全部注水泥漿，從200m～320m頂幫不注漿。

8.2 注漿量預計。漿液的滲透半徑與巖石性質、注漿壓力、漿液性質等因素有關，變化范圍很大。實際施工時通過調整漿液的滲透性，擴散半徑不小于孔間距的0.65～0.75倍，注漿孔滲透范圍存在交叉。

化學漿單孔注漿量

單孔注漿量按下列公式計算：Q1=AπR2HnBM/1.3

其中：A——漿液的損耗系數。R——漿液有效擴散半徑。H——注漿孔深為2.5m。n——孔隙率為1.2%。B——漿液充填系數為0.7。1.3——平均重復注漿系數。M——漿液密度為1250kg/m3。

則：Q1=1.01×3.14×1.32×2.5×0.012×0.7×1250/1.3≈104kg；即單孔化學注漿量Q1≈104kg；

則100m巷道共布320個注漿孔，則預計總注漿量為：Q=320×Q1=320×104kg=33噸。

8.3 注漿壓力。淺孔化學注漿終壓3MPa，水泥注漿終壓8MPa。

9 底板預應力組合錨索施工方案

9.1 施工設備。底板打眼采用風動潛孔錘鉆機。注漿采用QB-12氣動注漿泵、YSB30/120型電動注漿泵。

9.2 底板錨索規格及鉆孔參數。①注漿加固范圍：北翼運輸大巷拉門點向里320m。②底板錨索規格：錨索選直徑Φ17.8mm、長度15.5m的鋼絞線錨索，強度為1860Mpa、破壞負荷350.0KN。③鉆孔參數：錨索鉆孔孔徑為Φ90mm；底板破碎時開孔孔徑為Φ130mm，下Φ127mm孔口管，孔口管長度1.5m，然后用直徑Φ90mm鉆頭打到終孔深度，孔深為15.0m。④錨索布置：錨索排距3m，間距1.5m，配用400×400×16mm和200×200×12mm鋼托盤。

9.3 錨索布置。采用排式布置，排距3m，間距1.5m，錨索布置剖面圖如右圖所示：

9.4 施工工藝。因底板比較松軟破碎，直接打孔成孔困難，先對底板進行水泥淺孔注漿，給打錨索孔創造條件，底板注漿孔規格為：排距3m、每排3孔、孔深2.5m、注漿壓力控制在3Mpa內。

①孔口處理：提前將打鉆孔處碎渣清除。②鉆孔：用φ90mm鉆頭直接打到終孔位置。③錨索初期安裝工序：a將裝有導向帽的錨索送入孔底，然后灌入40升水泥漿。b防止掉入雜物，用編織袋堵塞錨索孔口。c取出塞孔編織袋，用棉絲或水泥袋纏繞錨索，將深部注漿管和封孔注漿管引到孔外。d 7天后鋪設底網、工字鋼反拱梁，安裝托盤。④封孔：利用波雷因封孔方式對封孔段注漿。⑤通過注漿管對錨索孔進行注漿。⑥澆砼和預埋注漿管：澆注標號為C30混凝土，澆注前將底板注漿管與底網進行捆綁，為淺部注漿做準備。⑦混凝土澆注7天后，進行掃孔、淺部注漿。

10 井下主要觀測參數與儀器

井下支護質量觀測主要參數包括：圍巖表面位移、圍巖深部位移、錨索錨固力等。錨索錨固力采用錨索測力計、巷道表面位移觀測采用斷面收斂儀、巷道圍巖深部位移采用頂板測深儀和六點位移計進行觀測。

11 結束語

注漿與錨索聯合加固支護技術是一種新型加固支護技術。它整合了錨索支護和注漿加固的優點，成為解決煤礦軟巖巷道維護的有效手段。

參考文獻：

[1]耿獻文.礦山壓力測控技術[M].中國礦業大學出版社，2002.

[2]史元.國內外煤礦深部開采巖層控制技術[M].煤炭工業出版社，2009.

[3]黃強.隧道施工中圍巖應力的監測[J].煤炭技術，2010（08）.

作者簡介：

崔剛（1968-），男，內蒙赤峰人，工程師，現任平莊能源股份有限公司六家煤礦安全礦長，一直從事煤礦安全生產技術和管理工作。