錨注技術在軟巖巷道加固中的應用

楊愛軍

山西汾西曙光煤業有限責任公司，山西孝義 032300

1 工程概況

某礦行人進風大巷布置于3#煤巖層中（半煤巖），平均標高＋575m。巷道圍巖主要為泥巖、煤巖，巷道斷面為半圓拱形斷面，采用錨網噴的支護形式，自巷道投入使用后，巷道圍巖變形大，維護困難，尤其是大巷500m ～1300m 段，經過多次返修仍無法控制巷道變形，嚴重影響大巷正常使用。所以，采取合理的支護形式，提高圍巖整體的強度，保持支護體系的穩定性，對保證大巷正常使用具有重要意義。

2 巷道變形原因分析

通過對礦井地質資料及井下實際情況調查分析認為，行人進風大巷變形嚴重的原因有以下幾點：

1）大巷穿過巖層多為泥巖，泥巖的巖性較軟且易脆，尤其遇到淋水時，圍巖極易膨脹，變形增大，圍巖強度與穩定性降低，自承能力變差；

2）頂板砂巖存在較多裂隙，淋水現象嚴重，極易導致大巷周圍泥巖的變形；

3）巷道原采用錨網噴的支護形式，在錨網噴支護體系中，所噴漿液不能噴入圍巖裂隙，與圍巖裂隙充分接觸，所以不能顯著提高破碎圍巖整體的強度與穩定性；

4）受臨近采掘活動動壓影響，巷道原有支護不能承載圍巖變形需要，導致巷道變形。

所以，基于上述原因，并結合礦井實際條件，決定對變形嚴重的巷道采取錨注的復合支護體系來控制巷道圍巖變形。

3 錨注支護體系設計及應用效果

3.1 錨注方案

1）按照巷道設計斷面進行整巷，要求巷道底板比大巷水平低400mm，并采用29U 型鋼拱形支架進行支護，支架間距600mm；并對巷道頂幫進行噴砼，噴砼厚不小于100mm；

2）對巷道頂、幫進行淺孔水泥－水玻璃注漿，充填巷道壁后空間，對巷道圍巖淺部破碎圍巖進行注漿加固；

3）施工巷道頂、幫錨索，并利用錨索孔對巷道頂、幫深部進行化學注漿，加固圍巖深部巖層，實現頂幫錨索全長錨固，最大限度發揮錨索支護效能；

4）施工底板組合錨索及底板注漿加固。由于巷道底板經過多次臥底，巖層比較松軟破碎，容易造成直接打孔成孔困難。所以，首先對底板淺部6m 松動圈進行水泥預注漿；然后施工組合錨索孔，安裝組合錨索并端頭固結。在孔口預埋注漿管、封孔；利用錨索孔對底板深部進行高壓水泥注漿；并依次鋪鋼筋網、下底梁、上大、小托盤、張拉錨索；對巷道底板澆砼至設計標高；待澆砼凝固后，再對底板打6m 淺孔進行二次水泥注漿。

3.2 注漿材料的選擇及參數設計

1）注漿材料

本次錨注設計方案中，注漿材料為水泥和水玻璃兩種，分別選用42.5MPa 普通硅酸鹽水泥和40 波美度，模數2.8 ～3.0；巷道頂幫錨索孔注漿采用博特威化學漿。博特威化學漿為高分子材料，分A 液和B 液兩種成分，雙液方式注漿，孔口混合，雙液混合比1∶1，因其為溶液型漿體且在反映過程中發生膨脹，形成較高強度凝膠固結體，因此可滲入微小裂隙，取得良好的加固效果。

2)注漿參數設計

（1）注漿壓力，根據經驗，方案中頂幫淺部水泥注漿壓力為3MPa，深部化學注漿壓力為6MPa；巷道底板淺部水泥注漿壓力為2MPa，深部水泥注漿壓力為6MPa；

（2）在實際施工過程中，保證有效擴散半徑不小于2.0m；

（3）注漿材料配比參數設計：（1）水泥漿的水灰比應控制在（1 ～1.2）：l；（2）水泥漿與水玻璃之比應控制在1：(0.1 ～0.2)；（3）博特威化學漿雙組份按1∶1 壓注。

3.3 頂、幫預應力錨索布置及參數

頂幫錨索外形尺寸為φ17.8×7200mm ，托盤規格為300×300×16mm，材料為七股扭合式高強度低松弛鋼絞線。錨索單根強度級別為1860MPa，破壞負荷350.0KN。采用排式布置，每排錨索布置于兩排注漿孔之間，排距1.8m，每排均布7根錨索，其中頂板正中1 根，兩肩各1 根；兩幫各2 根。巷道實際高度較大時根據實際情況適當增加錨索數量。錨索孔注漿管采用直徑φ8mm 銅管，長1.8m。3)錨索孔結構為外孔段孔徑φ42mm，孔深1.5m；內孔段孔徑φ28mm，孔深至7.0m；錨索孔注漿管形式：錨索孔注漿管采用直徑φ8mm 銅管，長1.8m。頂幫錨索布置圖1 所示。

圖1 巷道頂幫錨索布置示意圖

3.4 底板錨索布置參數

圖2 底板錨索布置剖面圖

1）底板錨索規格

底板組合錨索設計采用水泥固結式組合大錨索，每根組合錨索由3 根φ17.8mm×12.5m 鋼絞線構成，頭部3000mm 段編制成串珠狀，以利固結增強錨索拉力。上部有組合托盤和三孔鎖具，單根錨索強度級別為1860MPa，破壞負荷350.0kN。

2）錨索布置參數

錨索鉆孔孔徑為φ89mm；孔深12.5m 錨索長度為12.5m；組合錨索排距2m，每排3 根。中間錨索位于巷道中心線上，垂直底板，兩側錨索距中心孔1.5m，距幫0.7m， 外擺15°。每排錨索上一道由11#工字鋼焊制底梁，采用錨索漲拉器漲緊至單根鋼絞線120KN。錨索布置剖面圖如圖2 所示。

3.5 應用效果分析

巷道經錨固加固后，為觀測加固效果，每隔100m 巷道設計布置1 個測站，每個測站設3 個觀測面，采用十字布點法，觀測時間共計4 個月，經數據統計分析。兩幫及頂底板最大變形量為50mm 左右，支護效果非常明顯。

4 結論

1）該礦西主運大巷采取錨注加固體系后，顯著提高了巷道圍巖強度，形成了承載結構，降低圍巖變形的程度，保證了巷道安全使用，取得了良好的工程實踐效果；

2）錨注加固技術的關鍵性參數注漿壓力、注漿時間、注漿擴散半徑、單孔吃漿量是互相影響的，沒有固定的取值，要根據圍巖的破碎情況靈活而定，選擇最合適的參數。