新橋礦破碎圍巖巷道“錨架注”支護技術應用

摘 要：新橋礦南一采區運輸上山穿過落差30 m、寬度140 m特大斷層，斷層帶內巖體極其破碎。為了不影響施工安全和施工進度，巷道采用“超前預注漿+U29伸縮性封閉圓形鋼棚+錨網噴”進行支護。5個多月后，兩幫最大移近量達到216 mm，頂板最大下沉量為120 mm，底臌量約135 mm，采用這種支護技術有效維護了巷道的長期穩定。

關鍵詞：破碎圍巖 錨架注支護技術 礦壓觀測

中圖分類號：TD353 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）06（b）-0086-03

Application of Anchor-shed-grout in Fractured Surrounding Rock Roadway in Xinqiao Mine

Dong Kai-feng Zhang Yan

（Henan Coal and Chemical Group Corporation Ltd，Yongcheng Coal Company，Xinqiao Mine Yongcheng，476600，China）

Abstract：Rise entry in South 1st District of Xinqiao Mine passed through fault with fall of 30m and width of 140m，so the rock was extremely broken.In order not to affect the construction safety and progress， technology of combined supporting which included pre-grouting，U29 elasticity closed circular steel shed and anchor net spray was adopted. More than five months later，the maximum displacementof roadway's sides was 216mm and the amount of maximum subsidence of roof was 120mm.With using this support technology，the roadway kept long-term stable.

Key Words：fFractured surrounding rock； Technology of Anchor-shed-grout； Mineral pressure observation

巷道掘進過程中，遇到破碎圍巖不僅影響施工安全還要影響施工進度，最終影響到礦井的采掘接替。破碎圍巖條件下，容易造成巷道頂板出現淋水、巷道流矸和施工困難，一旦支護強度不夠或支護不及時極容易出現漏頂或冒頂事故。因此，破碎圍巖巷道施工技術研究是一項復雜的系統工程。針對破碎圍巖巷道的支護問題，現在主要采用“錨桿索、架棚、注漿”相結合的支護技術[1～4]。

1 地質概況

南翼軌道運輸大巷和膠帶運輸大巷位于-550 m水平，地面標高為+32 m。南翼軌道運輸大巷全長2558.1 m，南翼膠帶運輸大巷全長2518.6 m。南翼軌道大巷對應地表北部靠近王樓，南部對應徐莊。地表經過澮河、牛樓，其余均為農田。圖1為南一采區膠帶運輸上山綜合地質柱狀圖。

南一采區兩條運輸上山將穿過落差30 m、寬度140 m的F14斷層（如圖2所示），巖性以碎裂的泥巖或泥質巖體為主，裂隙、層理比較發育，強度低，完整性差，整體為泥質成分含量高的大范圍破碎巖體；斷層穿過太原組含水層，而且上盤煤系地層直接與下盤奧陶系地層接觸，F14斷層的導水性對本區水文地質條件影響較大，巷道施工受裂隙水影響突出。從已掌握的資料看，預計揭露頂板沒有自穩時間或自穩時間極短，難以滿足必要的處理時間，并可能因控制不及時導致大范圍抽冒，因此需要研究破碎頂板的支護技術。

2 支護技術的總體思路

（1）采用超前預注漿固化破碎圍巖，確保斷層破碎段內巷道的安全施工。

（2）架設U型可縮性鋼棚，小循環及時支護松散圍巖，發揮鋼棚的徑向約束作用，形成剛性承載殼基礎支護，隨圍巖收縮U型鋼棚繼續讓壓收縮，始終保持軟巖破碎巷道圍巖承載殼的存在。

（3）采用新型高性能錨桿、大直徑預應力錨索和化學加固材料注漿等圍巖加固手段，強化巷道圍巖強度和承載結構。

3 超前預注漿

巖層內部注漿，圍巖注漿加固是利用漿液把圍巖的各種弱面充實，并把弱面、充填體和四周巖體重新膠結起來形成完整巖體，從而提高圍巖的整體穩定性及其力學性能，改善圍巖的物理性能，提高圍巖自身的承載能力；在圍巖裂隙發育時可以及時封堵圍巖裂隙，使圍巖失去涌水通道，消除或降低水對圍巖力學性質的影響，防止軟巖進入流變期，在控制軟巖流變變形中具有決定作用。

（1）注漿材料。

可采用硫鋁酸鹽水泥粘結注漿（硬化時間約為10 min）或化學漿液超前注漿控頂，適當地段可配合撞楔共同超前控頂。

硫鋁酸鹽快硬水泥粘結注漿：采用硫鋁酸鹽水泥為注漿材料，按設計要求，將漿液注入到巷道輪廓以外的松散的巖體內（如冒落區），使松散的巖體粘結，形成一個注漿硬殼帷幕，并根據需要控制粘結高度，使漿液不進入或少進入巷道輪廓以內的一種控制注漿施工工藝。采用標號525的快硬硫鋁酸鹽水泥，水灰比0.85～1.0，膠砂流動度達到121～130 mm，該充填材料的性能特點有。

早強、高強；高抗凍性；高抗滲性；抗碳化性能好，干縮率低；抗腐蝕性能好。

（2）注漿深度及錨桿。

①長孔超前注漿：結合巷道揭煤進度情況，接近斷層破碎區域10 m時，巷道輪廓線拱頂部位布置2個注漿孔，孔深8～10 m，角度+15°～20°，超前深孔注漿密實斷層、裂隙，并膠結破碎煤巖。

②短孔預注漿控頂施工：在巷道輪廓線拱頂部位布置5個超前預注漿錨桿，分別位于正頂位置、距中依次1.2 m，角度+20°～30°。

③注漿錨桿選擇長度2600 mm，4分鋼管制成，鋼管底端砸成扁狀；鋼管1 m長度后十字錯開鉆孔，孔徑由大逐漸變小，前端孔徑Φ=8 mm，后端孔徑Φ=4 mm；封孔可采用空心水泥卷或樹脂藥卷密實，封孔深度為1.0 m。注漿最大壓力為2.5 MPa。

④短孔超前注漿控頂施工距離始終超前U棚1.0 m以上，長孔超前注漿控頂施工距離始終超前U棚2.0 m以上；在超前注漿控頂前提下，進行后面的架棚支護。

⑤開始預注漿時注漿排距1 m，待循環注漿5個循環后根據注漿效果和頂板圍巖破碎程度，適當調整排距。預注漿錨桿的布置形式如圖3所示。

4 巷道支護設計參數

試驗巷道采用“超前預注漿+U29伸縮性封閉圓形鋼棚+錨網噴”進行支護。掘進前，采用“水泥漿+水玻璃”雙液注漿方式將工作面迎頭待掘2000 mm進行超前加固。注漿加固完成后，然后采用正常爆破或松動爆破配合風鎬開挖的方式進行掘進。每次掘進800 mm進行一次永久支護，每次掘進1200 mm進行一次超前注漿加固。

（1）鋼棚半徑為2350 mm，每架鋼棚分6節，各節搭接長度450 mm并在搭接處安裝3副卡纜（卡纜間距50 mm），棚距600 mm，每棚設18副連接板（每節3副連接板）。鋼棚從巷道底板位置開始在鋼棚外沿直至棚頂采用2層鋼筋網背實。

（2）錨桿為Φ20×2000 mm高強錨桿，間排距800×800 mm，矩形布置成排成行，底板以上300 mm起錨，水溝側200 mm起錨；全斷面掛鋼筋網，網片搭接長度不小于100 mm，搭接處每隔不超過300mm用12#鐵絲雙股雙排綁扎且扭結不少于3圈；噴射混凝土厚100 mm（以露出鋼棚連接板為準），標號C15，混凝土配比為水泥∶砂∶石子=1∶2∶2。幫部錨桿使用樹脂錨固劑無法錨固住時，可施工Φ43×1800 mm管縫式錨桿，間排距參數不變。巷道施工斷面支護圖見附（圖4）。

（3）超前支護方式采用“注漿加固+超前骨架”進行超前支護，注漿加固時，使用1500 mm或2500 mm插管注漿，水泥漿與水玻璃比例控制在1∶0.3～0.5。注漿加固范圍為迎頭待掘2 m內的巷道。超前骨架采用Φ25×3000 mm無縫鋼管，間距控制在250～300 mm。超前骨架支護范圍主要是從拱基線位置至頂板。施工中可根據現場情況調整骨架的密度和位置，保證超前支護。

（4）頂板注漿加固后完好，錨桿支護作用較好時，臨時支護采用弧形金屬前探梁支護，弧形前探梁弧長為2500 mm，寬度為800 mm，弧形前探梁傘柱采用Φ40 mm無縫鋼管加工，傘緣及撐桿采用Φ25.4 mm鍍鋅鋼管加工，支腿采用Φ80 mm無縫鋼管制作。

5 巷道表面位移觀測與分析

（1）從（圖5）可以看出，巷道掘出10天內圍巖運動劇烈，兩幫最大變形速度達到32 mm/d，頂板下沉最大速度達到15 mm/d，11天以后，巷道圍巖運動速度慢慢減小，并逐漸趨于穩定。

（2）現場觀測表明，經過5個多月，兩幫最大移近量達到216 mm，頂板最大下沉量為120 mm，底臌量約為135 mm。

6 結論

超前預注漿將松散破碎圍巖膠結凝固，降低其松散流動性；及時采用被動形式的U型鋼棚支護形成松散圍巖巷道支護的剛性承載殼，利用U型鋼棚的可縮性適當讓壓，轉移巷道圍巖碎脹變形壓力，保護支護系統；在此基礎上采用長錨桿、錨索主動支護進行二次強化加固，通過高預緊力充分調動圍巖的自穩能力在最后在錨架之間進行注漿密實加固，有效維護了巷道的長期穩定。

參考文獻

[1] 徐香慶，郭文喜.松軟破碎圍巖巷道注漿加固技術應用研究[J].煤炭工程， 2012（7）：29-31.

[2] 張浩.高地壓碎裂軟弱圍巖巷道“錨架注”聯合支護技術的應用[J].煤炭工程， 2010（10）：28-30.

[3] 肖同強，柏建彪，李金鵬，等.斷層附近煤巷錨桿支護破碎圍巖穩定機理研究[J].采礦與安全工程學報，2010（4）：482-486.

[4] 吳創周，柴清，李國峰，等.破碎圍巖巷道錨網索噴注耦合支護技術的研究與應用[J].煤炭技術，2008（7）：68-70.