注漿錨索在軟巖破碎巷道維修支護中的應用

摘 要：文章提出錨網索+注漿錨索復合型聯合全封閉維修支護技術，解決新柏煤礦三采區回風下山軟巖巷道圍巖變形、巷道底鼓等支護技術難題，并對安新煤田軟巖巷道的支護設計提供借鑒意義。

關鍵詞：注漿錨索；復合型

中圖分類號：TD353.6 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）6-0170-03

1 基本情況

三采區回風下山是三采區主回風巷道，全長852 m、傾角22 ？觷，沿煤5層底板布置于煤層中，煤層賦存穩定，普氏系數f=2～3，局部地段底板有少量滲水；煤層中含有夾矸，揭露后遇風易化跨落，煤5層底板以泥質砂巖和油頁巖互層為主，層理及節理發育明顯，巖石極其松軟、遇水易膨脹。

因受頂底板軟巖及周邊回采工作面采動壓力影響，巷道頂板下沉、幫部位移、底鼓嚴重，造成巷道斷面縮小，通風行人困難，面對支護難題，曾先后多次采用錨網、錨網噴、鋼支架等聯合支護技術對巷道進行反復維修，但效果不明顯；后采用錨網+U29型可縮性鋼支架聯合支護技術維修，經過一段時間后，巷道圍巖仍無法趨于穩定，頂板下沉，出現“網兜”現象，兩幫移近并鼓出，底板底鼓凸起，鋼支架梁、腿出現變形、扭曲、折斷現象，而且，錨桿、錨索時有被拉斷或剪斷現象發生，如圖1和圖2所示。

2 巷道圍巖變形力學機理及破壞原因分析

2.1 地應力

由于三采區回風下山兩側已采空，位于煤柱中部的三采區回風下山處于垂直方向的應力集中區，作用在巷道圍巖上的垂直應力將高于按自重載荷計算得出的垂直應力值。由于泊松效應，松軟煤體受垂直應力集中作用時會產生側向膨脹，形成較高的局部附加水平應力直接作用于巷道頂底板；另一方面，隨著煤層采出和頂板跨落，原來由煤層及頂板巖層傳遞的水平應力向底板巖層中轉移，形成水平應力集中，水平應力集中與局部附加水平應力的相疊加，當圍巖應力大于局部圍巖的塑性極限或強度極限后，導致圍巖進入流變狀態，圍巖的變形加劇、產生破裂、變形、破壞等現象，地層的壓力效應將更加明顯。而地層的壓力效應指的是地下工程開挖后產生的一種力學現象，主要由重新分布的圍巖應力與圍巖的變形及強度特性相互作用引起的。地層壓力包括松動壓力、形變壓力、膨脹壓力等。軟巖巷道在地層壓力下，導致圍巖自身支護結構破壞，若支護不及時，巷道變形破壞進一步加劇，造成圍巖失穩，引起底板巖層破壞，導致底臌，如圖3所示。

2.2 巖性

巖性是影響圍巖穩定性的基本因素。因巖體礦物成分、巖石結構構造的不同，致使不同巖石的物理力學性質差別很大。巖體本身的強度、結構、膠結程度及膠結物的性能，膨脹性礦物的含量等，這均是影響軟巖巷道變形的內在因素。三采區回風下山巷道布置在煤5層底板巖層中，從三采區綜合柱狀圖（如圖4所示）可以看出，巷道頂底板圍巖巖性主要為泥巖、油頁巖、砂巖、砂質泥巖，軟泥巖等，普氏系數f=2～3，不僅強度低、分層厚度小，巷道底板巖石遇水后黏性很強，表明含有膨脹性礦物成份。這些巖石粘結性極差且松軟、破碎，遇水易膨脹，容易發生底鼓、兩幫位移、頂板下沉。

2.3 原支護方式

傳統的支護技術只對巷道頂幫擴刷后進行了支護，未對巷道底板進行任何支護處理，附加水平應力與原巖水平應力集中相疊加作用到底板巖層上（同樣也會作用到巷道頂板巖層上）對其形成擠壓作用，底板處于自由開放狀態，引起底板巖層的剪切膨脹，導致巷道底臌。同時，含膨脹性礦物成份的底板巖層受局部段頂底板滲水、淋水的侵蝕，產生的膨脹壓力加劇巷道底臌，而底臌對兩幫的牽動效應直接加劇兩幫松動垮落，兩幫松動垮落后對頂板的支撐作用降低，最終導致巷道支護結構的全面失穩形成巷道圍巖變形破壞，造成巷道失修，如圖5所示。

由于軟巖的流變性和觸變性，每次維修都是對圍巖的再次擾動，造成圍巖松動圈范圍的進一步擴大和松動程度的加劇，客觀上也為水對更大范圍圍巖的持續性浸泡創造了條件。使用的U29型可縮性鋼支架支護技術，只承載頂幫部壓力，底板處于開放狀態，底臌的牽動效應造成兩幫部松動位移，支架收縮到一定程度后拒縮而無法適應圍巖變形，鋼支架出現扭曲變形、彎曲折斷、卡纜螺栓崩斷，導致支護失效。

3 參數確定

3.1 巷道頂部支護

錨桿規格：采用φ22讓壓錨桿，錨桿長度2 400 mm，尾端配套高強度托盤、M22螺母。

錨桿錨固方式：樹脂藥卷加長錨固，錨桿孔直徑30 mm，錨固長度950 mm，采用一支為K2 335和一支Z2 360錨固劑端頭錨固，每排拱頂部布置5根。

托板：采用150×150×10 mm高強度托板。

錨桿布置：矩形布置，錨桿間排距均為800 mm。錨桿與巷道輪廓線垂直布置。

金屬網：采用10#鐵絲編織、網孔50×50 mm、菱形金屬網，網片尺寸為900×2 600 mm，用鐵絲雙排扣連接牢固，連接點間距不大于200 mm。

鳥窩錨索：規格φ17.8×7 300 mm，采用一支K2 335和兩支Z2360樹脂藥卷端頭錨固，錨索間排距為1 200×1 600 mm，外露≤250 mm，錨索必須垂直巷道頂板，錨索錨固力必須達到200 KN以上，托板為300×300 mm的蝶形托板。

3.2 巷道幫部支護

錨桿規格：采用φ22讓壓錨桿，錨桿長度2 400 mm，尾端配套高強度托盤、M22螺母。

錨固方式：樹脂藥卷加長錨固，錨桿孔直徑30 mm，錨固長度950 mm，采用一支為K2335和一支Z2360錨固劑端頭錨固，每排兩幫部各布置3根。

托板：采用150×150×10 mm高強度托板。

錨桿布置：矩形布置，錨桿間排距均為800 mm。錨桿與巷幫垂直布置。

金屬網：采用10#鐵絲編織、網孔50×50 mm、菱形金屬網，網片尺寸為900×2 600 mm，用鐵絲雙排扣連接牢固，連接點間距不大于200 mm。

鳥窩錨索：規格φ17.8×4 300 mm，采用一支K2 335和兩支Z2 360樹脂藥卷端頭錨固，錨索間排距為1 200×1 600 mm，外露≤250 mm，錨索必須垂直巷道頂板，錨索錨固力必須達到200 KN以上，托板為300×300 mm的蝶形托板。

4 中空注漿錨索支護

注漿錨索使用濟南奧科礦山工程公司生產的新型產品。注漿錨索采用φ22×6 300 mm中空注漿錨索，鋼材為82B型鋼。破斷載荷42 t。錨固長度1.3 m，間排距為：1 600×

1 600 mm，矩形布置，外露≤250 mm，底角錨索與水平線呈45 ？觷夾角（下俯），錨索距巷道底板100 mm，其余錨索垂直巷道頂幫部，一排鳥窩錨索一排注漿錨索相互交替打設，如圖6所示。

5 效果分析

通過新柏煤礦三采區回風下山采用中空注漿錨索補強支護試驗，由現場及礦壓監測分析可知，巷道變形破壞程度大大降低，巷道頂底板下沉量減小40%，兩幫位移量減小44%。而且錨桿等支護體受力良好，未發現錨桿、錨索斷裂現象。利用中空注漿錨索注漿后，頂板巖塊整體性加強，而且強度得到提高。原錨網索支護段曾一年需維修2次，而中空注漿錨索支護段15個月需維修1次。因此，軟巖巷道利用中空注漿錨索支護加固圍巖效果明顯。

①原錨網索支護維修費用3 983 元/m，一年需維修兩次，7 966 元/m；采用中空注漿錨索后巷道支護維修費用

5 112 元/m，15個月需維修一次，故一年可節省維修費用

2 854 元/m；改進支護參數前巷道失修率為65%，而采用注漿錨索支護技術后巷道失修率為15%。

②新柏煤礦隨著開采深度的逐漸延伸，軟巖巷道支護問題是該礦面臨的一大挑戰，因此，解決軟巖巷道支護問題尤為重要。

通過中空注漿錨索在三采區回風下山軟巖巷道維修支護的成功應用，將對該礦軟巖巷道支護具有指導意義，既節約支護成本，減少巷道維修次數，保證礦井安全生產，實現可持續發展，具有較高的實用價值和推廣應用前景。為安新煤田頂底板軟巖破碎巷道合理優化支護設計提供了一定的技術參數和理論參考，為安新煤田軟巖破碎巷道圍巖控制提供了借鑒經驗和參考依據。

參考文獻：

[1] 王騰江.復合頂板錨桿支護方法研究[J].中州煤炭，2006，（6）.

[2] 楊雙鎖，康立勛.煤礦巷道錨桿支護研究的總結與展望[J].太原理工大學學報，2002，（4）.

[3] 郭志宏，張樹良.煤巷錨桿支護理論與技術的研究[J].建井技術，1994，（Z1）.

[4] 李士崗，章定強.厚煤層礦井煤巷錨桿支護技術探討與實踐[A].世紀之交軟巖工程技術現狀與展望[C].1999.