煤礦井下巷道錨索優化布置的效果檢驗

劉明超

摘 要：煤礦井下巷道，特別是松軟巖層地質條件下的巷道，近幾年通常采用中空錨索注漿補強支護，在實踐中通常采用中空錨索和普通錨索混合布置，文章結合淮南礦業集團顧北煤礦井下松軟巖層地質條件下巷道中空錨索注漿補強支護和內窺鏡觀測的效果檢驗，總結了礦井下松軟巖層地質條件下巷道錨索混合使用、非線性、經濟化的優化布置，希望拋磚引玉。

關鍵詞：松軟巖層；中空錨索；普通錨索

中圖分類號：TD327.3 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）32-0012-02

1 顧北煤礦相關情況介紹

顧北煤礦地處安徽省淮南市鳳臺縣西北20 km處的平原大地，井底車場水平在-648 m，井下地質條件復雜，分布在松軟巖層地質條件下的巷道眾多，這種地質條件下的巷道受地壓影響，變形量大，巷道維修任務重。巷道松軟巖層內的裂隙是巷道不穩定的直接因素，注漿充填加固巷道圍巖是穩定巷道的基本保證。隨著科技的發展，尤其中空注漿錨索的應用，實現了巖層內裂隙深孔充填注漿。中空錨索和普通錨索均由高強度螺旋肋預應力鋼絞線制作，中空錨索的中心為注漿鋼管，強度等級為1 770 MPa，普通錨索強度等級為1 880 MPa。同時我們也看到中空錨索與同種規格的實心錨索相比價格昂貴，就淮南地區而言，一根中空錨索的價格是實心錨索的2.5倍左右，它們都有各自優點或不足：中空錨索可以實現在巖層裂隙內注水泥漿充填圍巖，實現全長錨固，加強了錨索主動懸吊支護能力，支護效果明顯，其不足是由于內置注漿空心管，造成錨索強度等級略低，而且如果都使用中空錨索進行巷道加固，其成本偏高；實心錨索一般使用錨固劑進行端錨，錨固長度一般不超過1.5 m，不能實現全長錨固，在淋水或含水層巷道，錨固劑使用的錨固效果隨著時間的推移會逐漸下降，其優點錨索強度等級略高，成本相對較低。目前最理想的的錨索加固是這兩種錨索混合布置，通過注漿都實現全長錨固（實心錨索端錨后通過中空錨索注漿充填也能實現全長錨固），既能達到支護效果，又能節約成本。實現中空錨索使用量布置最小化，巖層裂隙注漿充填最大化。非線性、經濟化的優化布置方案極大地提高了支護效果和經濟效果。

2 裂隙開度和注漿擴散面

顧北礦南翼11-2軌道巷所在巖層為砂質泥巖，裂隙發育，屬于松軟巖層的特征。

裂隙開度是衡量巖層穩定性一個重要指標，細砂巖裂隙開度較小，巖層比較穩定，其巖層層位的巷道相對穩定，漿液充填量小，一般不需要注漿加固。砂質泥巖裂隙開度相對較大，穩定性差，其巖層層位內的巷道受壓變形明顯，經常需要臥底改棚修護施工，這樣巷道需要注漿加固處理，而且漿液充填量大，通過注漿來充填巖層內的裂隙，能夠改善巷道圍巖的穩定性能，起到加固巷道的目的。砂質泥巖裂隙開度一般為2～20 mm，特殊情況下這個數值還要大。這個數值的統計是通過注漿后鉆芯取樣，測量注漿漿液寬度取得的。以前的注漿巷道在后期的巷修改棚刷擴時，從刷擴的斷面上也可以輕易測量處各類巖層的裂隙開度。巖層的裂隙是注漿漿液的通道，水泥漿液在裂隙中凝固后能夠加固巷道圍巖。

通過現場實踐，噴漿做為注漿止漿層的巷道，噴漿一般控制在120 mm以內，其注漿的效果最好，能夠全面封堵巷道內漏漿的空隙。中空錨索的注漿壓力一般不超過15 MPa，壓力如果持續升高，會造成漿皮炸裂并漏漿的現象。

注漿擴散面是指漿液在注漿壓力和自身重力的作用下擴散的范圍。在砂質泥巖巷道注漿的現場實踐統計中發現，以中空錨索眼位為中心，其注漿擴散半徑一般為3～5 m，其擴散面為30～50 m2。注漿是加固巷道圍巖一個方面，錨索懸吊也是加固的一個重要因素。由于中空錨索和普通實心錨索費用比就淮南這個市場來說為2.5？誜1，巷道內中空錨索布置太密，容易出現一根中空錨索注漿把附近的另一根中空注實、使其不能注漿的現象，造成巷道加固成本升高，因此采取把中空錨索注漿擴散面內的中空錨索替換成普通錨索，中空注漿在巷道頂部或肩部注漿時漿液隨著自身重力四溢從而形成的擴散面大，既加強了錨索懸吊支護強度，又能降低支護成本，完成經濟化一體支護加固布置。

3 錨索非線性布置理論

中空錨索和實心錨索混合布置時，同種規格的錨索在巷道內的布置10 m范圍內任意3根不在一條直線上，一根中空錨索的注漿范圍盡最大可能的不干擾另一根中空錨索注漿，在一根中空錨索注漿的范圍內可以根據巖層巖性布置實心普通錨索。這樣的布置能夠充分發揮錨索對巷道圍巖的懸吊作用，既不至于某個點支護強度過大或不足，又不至于中空錨索注漿時相互干擾，所謂干擾是指一根中空錨索注漿時在其注漿范圍把另一根中空錨索孔內充填注實，從而使另一根中空錨索不能注漿，使得其注漿范圍內巷道圍巖不能得到加固。相對于線性規則成排成列的布置，非線性布置能夠補充弱點的支護強度，又能節約巷道支護成本，而線性規則布置使得支護材料成本加大，巷道弱點得不到加強支護。好比幾根筷子，規則的放置時，人可以輕易掰斷它們，如果適當混亂放置這幾根筷子，人就不能輕易掰斷。優化的非線性布置就是基于這個理論。

顧北礦南翼11-2軌道巷某段錨索注漿加固非線性、經濟化優化布置設計方案如圖1所示。該段巷道一個循環布置的長度為10 m，圖中7根中空錨索注漿時形成的擴散面曲線能夠形成無縫銜接，每個非線性循環布置，中空錨索和實心錨索使用比例為1？誜1，實心錨索單價為1，中空錨索單價為24.5，一個布置循環單價13，如果全部使用中空錨索，其循環布置單價為35，就錨索支護而言，能夠減少1/3的支護費用。注漿后，通過內窺鏡透視圖發現：鉆眼時眼孔壁面光滑，說明砂質巖層裂隙內注漿充填較為密實，巷道圍巖得到加固，注漿范圍內中空錨索和實心錨索都能夠實現全長錨固，能夠達到懸吊支護效果。透視圖如圖2所示。

參考文獻：

[1] 曹罡，任大春.裂隙巖層三維滲流的隨機模型[J].東北水利水電，2006，（2）.

[2] 張連名，周峰，張兆坤.地下巖層裂隙的幾種勘察研究方法[J].水文地質工程地質，2003，（4）.

[3] 張電吉，白世偉，楊春和.裂隙巖體滲透性分析研究[J].勘察科學技術，2003，（1）.

[4] 楊太華，孫鈞，巖層裂隙非規則幾何水力學特性研究[J].巖土工程學報，1997，（19）.

[5] 康延雷，彭新宇，李士東.單家村煤礦井下巷道注漿加固過古斷層[J].煤炭科學技術，2004，（2）.

摘 要：煤礦井下巷道，特別是松軟巖層地質條件下的巷道，近幾年通常采用中空錨索注漿補強支護，在實踐中通常采用中空錨索和普通錨索混合布置，文章結合淮南礦業集團顧北煤礦井下松軟巖層地質條件下巷道中空錨索注漿補強支護和內窺鏡觀測的效果檢驗，總結了礦井下松軟巖層地質條件下巷道錨索混合使用、非線性、經濟化的優化布置，希望拋磚引玉。

關鍵詞：松軟巖層；中空錨索；普通錨索

中圖分類號：TD327.3 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）32-0012-02

1 顧北煤礦相關情況介紹

顧北煤礦地處安徽省淮南市鳳臺縣西北20 km處的平原大地，井底車場水平在-648 m，井下地質條件復雜，分布在松軟巖層地質條件下的巷道眾多，這種地質條件下的巷道受地壓影響，變形量大，巷道維修任務重。巷道松軟巖層內的裂隙是巷道不穩定的直接因素，注漿充填加固巷道圍巖是穩定巷道的基本保證。隨著科技的發展，尤其中空注漿錨索的應用，實現了巖層內裂隙深孔充填注漿。中空錨索和普通錨索均由高強度螺旋肋預應力鋼絞線制作，中空錨索的中心為注漿鋼管，強度等級為1 770 MPa，普通錨索強度等級為1 880 MPa。同時我們也看到中空錨索與同種規格的實心錨索相比價格昂貴，就淮南地區而言，一根中空錨索的價格是實心錨索的2.5倍左右，它們都有各自優點或不足：中空錨索可以實現在巖層裂隙內注水泥漿充填圍巖，實現全長錨固，加強了錨索主動懸吊支護能力，支護效果明顯，其不足是由于內置注漿空心管，造成錨索強度等級略低，而且如果都使用中空錨索進行巷道加固，其成本偏高；實心錨索一般使用錨固劑進行端錨，錨固長度一般不超過1.5 m，不能實現全長錨固，在淋水或含水層巷道，錨固劑使用的錨固效果隨著時間的推移會逐漸下降，其優點錨索強度等級略高，成本相對較低。目前最理想的的錨索加固是這兩種錨索混合布置，通過注漿都實現全長錨固（實心錨索端錨后通過中空錨索注漿充填也能實現全長錨固），既能達到支護效果，又能節約成本。實現中空錨索使用量布置最小化，巖層裂隙注漿充填最大化。非線性、經濟化的優化布置方案極大地提高了支護效果和經濟效果。

2 裂隙開度和注漿擴散面

顧北礦南翼11-2軌道巷所在巖層為砂質泥巖，裂隙發育，屬于松軟巖層的特征。

裂隙開度是衡量巖層穩定性一個重要指標，細砂巖裂隙開度較小，巖層比較穩定，其巖層層位的巷道相對穩定，漿液充填量小，一般不需要注漿加固。砂質泥巖裂隙開度相對較大，穩定性差，其巖層層位內的巷道受壓變形明顯，經常需要臥底改棚修護施工，這樣巷道需要注漿加固處理，而且漿液充填量大，通過注漿來充填巖層內的裂隙，能夠改善巷道圍巖的穩定性能，起到加固巷道的目的。砂質泥巖裂隙開度一般為2～20 mm，特殊情況下這個數值還要大。這個數值的統計是通過注漿后鉆芯取樣，測量注漿漿液寬度取得的。以前的注漿巷道在后期的巷修改棚刷擴時，從刷擴的斷面上也可以輕易測量處各類巖層的裂隙開度。巖層的裂隙是注漿漿液的通道，水泥漿液在裂隙中凝固后能夠加固巷道圍巖。

通過現場實踐，噴漿做為注漿止漿層的巷道，噴漿一般控制在120 mm以內，其注漿的效果最好，能夠全面封堵巷道內漏漿的空隙。中空錨索的注漿壓力一般不超過15 MPa，壓力如果持續升高，會造成漿皮炸裂并漏漿的現象。

注漿擴散面是指漿液在注漿壓力和自身重力的作用下擴散的范圍。在砂質泥巖巷道注漿的現場實踐統計中發現，以中空錨索眼位為中心，其注漿擴散半徑一般為3～5 m，其擴散面為30～50 m2。注漿是加固巷道圍巖一個方面，錨索懸吊也是加固的一個重要因素。由于中空錨索和普通實心錨索費用比就淮南這個市場來說為2.5？誜1，巷道內中空錨索布置太密，容易出現一根中空錨索注漿把附近的另一根中空注實、使其不能注漿的現象，造成巷道加固成本升高，因此采取把中空錨索注漿擴散面內的中空錨索替換成普通錨索，中空注漿在巷道頂部或肩部注漿時漿液隨著自身重力四溢從而形成的擴散面大，既加強了錨索懸吊支護強度，又能降低支護成本，完成經濟化一體支護加固布置。

3 錨索非線性布置理論

中空錨索和實心錨索混合布置時，同種規格的錨索在巷道內的布置10 m范圍內任意3根不在一條直線上，一根中空錨索的注漿范圍盡最大可能的不干擾另一根中空錨索注漿，在一根中空錨索注漿的范圍內可以根據巖層巖性布置實心普通錨索。這樣的布置能夠充分發揮錨索對巷道圍巖的懸吊作用，既不至于某個點支護強度過大或不足，又不至于中空錨索注漿時相互干擾，所謂干擾是指一根中空錨索注漿時在其注漿范圍把另一根中空錨索孔內充填注實，從而使另一根中空錨索不能注漿，使得其注漿范圍內巷道圍巖不能得到加固。相對于線性規則成排成列的布置，非線性布置能夠補充弱點的支護強度，又能節約巷道支護成本，而線性規則布置使得支護材料成本加大，巷道弱點得不到加強支護。好比幾根筷子，規則的放置時，人可以輕易掰斷它們，如果適當混亂放置這幾根筷子，人就不能輕易掰斷。優化的非線性布置就是基于這個理論。

顧北礦南翼11-2軌道巷某段錨索注漿加固非線性、經濟化優化布置設計方案如圖1所示。該段巷道一個循環布置的長度為10 m，圖中7根中空錨索注漿時形成的擴散面曲線能夠形成無縫銜接，每個非線性循環布置，中空錨索和實心錨索使用比例為1？誜1，實心錨索單價為1，中空錨索單價為24.5，一個布置循環單價13，如果全部使用中空錨索，其循環布置單價為35，就錨索支護而言，能夠減少1/3的支護費用。注漿后，通過內窺鏡透視圖發現：鉆眼時眼孔壁面光滑，說明砂質巖層裂隙內注漿充填較為密實，巷道圍巖得到加固，注漿范圍內中空錨索和實心錨索都能夠實現全長錨固，能夠達到懸吊支護效果。透視圖如圖2所示。

參考文獻：

[1] 曹罡，任大春.裂隙巖層三維滲流的隨機模型[J].東北水利水電，2006，（2）.

[2] 張連名，周峰，張兆坤.地下巖層裂隙的幾種勘察研究方法[J].水文地質工程地質，2003，（4）.

[3] 張電吉，白世偉，楊春和.裂隙巖體滲透性分析研究[J].勘察科學技術，2003，（1）.

[4] 楊太華，孫鈞，巖層裂隙非規則幾何水力學特性研究[J].巖土工程學報，1997，（19）.

[5] 康延雷，彭新宇，李士東.單家村煤礦井下巷道注漿加固過古斷層[J].煤炭科學技術，2004，（2）.

摘 要：煤礦井下巷道，特別是松軟巖層地質條件下的巷道，近幾年通常采用中空錨索注漿補強支護，在實踐中通常采用中空錨索和普通錨索混合布置，文章結合淮南礦業集團顧北煤礦井下松軟巖層地質條件下巷道中空錨索注漿補強支護和內窺鏡觀測的效果檢驗，總結了礦井下松軟巖層地質條件下巷道錨索混合使用、非線性、經濟化的優化布置，希望拋磚引玉。

關鍵詞：松軟巖層；中空錨索；普通錨索

中圖分類號：TD327.3 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）32-0012-02

1 顧北煤礦相關情況介紹

顧北煤礦地處安徽省淮南市鳳臺縣西北20 km處的平原大地，井底車場水平在-648 m，井下地質條件復雜，分布在松軟巖層地質條件下的巷道眾多，這種地質條件下的巷道受地壓影響，變形量大，巷道維修任務重。巷道松軟巖層內的裂隙是巷道不穩定的直接因素，注漿充填加固巷道圍巖是穩定巷道的基本保證。隨著科技的發展，尤其中空注漿錨索的應用，實現了巖層內裂隙深孔充填注漿。中空錨索和普通錨索均由高強度螺旋肋預應力鋼絞線制作，中空錨索的中心為注漿鋼管，強度等級為1 770 MPa，普通錨索強度等級為1 880 MPa。同時我們也看到中空錨索與同種規格的實心錨索相比價格昂貴，就淮南地區而言，一根中空錨索的價格是實心錨索的2.5倍左右，它們都有各自優點或不足：中空錨索可以實現在巖層裂隙內注水泥漿充填圍巖，實現全長錨固，加強了錨索主動懸吊支護能力，支護效果明顯，其不足是由于內置注漿空心管，造成錨索強度等級略低，而且如果都使用中空錨索進行巷道加固，其成本偏高；實心錨索一般使用錨固劑進行端錨，錨固長度一般不超過1.5 m，不能實現全長錨固，在淋水或含水層巷道，錨固劑使用的錨固效果隨著時間的推移會逐漸下降，其優點錨索強度等級略高，成本相對較低。目前最理想的的錨索加固是這兩種錨索混合布置，通過注漿都實現全長錨固（實心錨索端錨后通過中空錨索注漿充填也能實現全長錨固），既能達到支護效果，又能節約成本。實現中空錨索使用量布置最小化，巖層裂隙注漿充填最大化。非線性、經濟化的優化布置方案極大地提高了支護效果和經濟效果。

2 裂隙開度和注漿擴散面

顧北礦南翼11-2軌道巷所在巖層為砂質泥巖，裂隙發育，屬于松軟巖層的特征。

裂隙開度是衡量巖層穩定性一個重要指標，細砂巖裂隙開度較小，巖層比較穩定，其巖層層位的巷道相對穩定，漿液充填量小，一般不需要注漿加固。砂質泥巖裂隙開度相對較大，穩定性差，其巖層層位內的巷道受壓變形明顯，經常需要臥底改棚修護施工，這樣巷道需要注漿加固處理，而且漿液充填量大，通過注漿來充填巖層內的裂隙，能夠改善巷道圍巖的穩定性能，起到加固巷道的目的。砂質泥巖裂隙開度一般為2～20 mm，特殊情況下這個數值還要大。這個數值的統計是通過注漿后鉆芯取樣，測量注漿漿液寬度取得的。以前的注漿巷道在后期的巷修改棚刷擴時，從刷擴的斷面上也可以輕易測量處各類巖層的裂隙開度。巖層的裂隙是注漿漿液的通道，水泥漿液在裂隙中凝固后能夠加固巷道圍巖。

通過現場實踐，噴漿做為注漿止漿層的巷道，噴漿一般控制在120 mm以內，其注漿的效果最好，能夠全面封堵巷道內漏漿的空隙。中空錨索的注漿壓力一般不超過15 MPa，壓力如果持續升高，會造成漿皮炸裂并漏漿的現象。

注漿擴散面是指漿液在注漿壓力和自身重力的作用下擴散的范圍。在砂質泥巖巷道注漿的現場實踐統計中發現，以中空錨索眼位為中心，其注漿擴散半徑一般為3～5 m，其擴散面為30～50 m2。注漿是加固巷道圍巖一個方面，錨索懸吊也是加固的一個重要因素。由于中空錨索和普通實心錨索費用比就淮南這個市場來說為2.5？誜1，巷道內中空錨索布置太密，容易出現一根中空錨索注漿把附近的另一根中空注實、使其不能注漿的現象，造成巷道加固成本升高，因此采取把中空錨索注漿擴散面內的中空錨索替換成普通錨索，中空注漿在巷道頂部或肩部注漿時漿液隨著自身重力四溢從而形成的擴散面大，既加強了錨索懸吊支護強度，又能降低支護成本，完成經濟化一體支護加固布置。

3 錨索非線性布置理論

中空錨索和實心錨索混合布置時，同種規格的錨索在巷道內的布置10 m范圍內任意3根不在一條直線上，一根中空錨索的注漿范圍盡最大可能的不干擾另一根中空錨索注漿，在一根中空錨索注漿的范圍內可以根據巖層巖性布置實心普通錨索。這樣的布置能夠充分發揮錨索對巷道圍巖的懸吊作用，既不至于某個點支護強度過大或不足，又不至于中空錨索注漿時相互干擾，所謂干擾是指一根中空錨索注漿時在其注漿范圍把另一根中空錨索孔內充填注實，從而使另一根中空錨索不能注漿，使得其注漿范圍內巷道圍巖不能得到加固。相對于線性規則成排成列的布置，非線性布置能夠補充弱點的支護強度，又能節約巷道支護成本，而線性規則布置使得支護材料成本加大，巷道弱點得不到加強支護。好比幾根筷子，規則的放置時，人可以輕易掰斷它們，如果適當混亂放置這幾根筷子，人就不能輕易掰斷。優化的非線性布置就是基于這個理論。

顧北礦南翼11-2軌道巷某段錨索注漿加固非線性、經濟化優化布置設計方案如圖1所示。該段巷道一個循環布置的長度為10 m，圖中7根中空錨索注漿時形成的擴散面曲線能夠形成無縫銜接，每個非線性循環布置，中空錨索和實心錨索使用比例為1？誜1，實心錨索單價為1，中空錨索單價為24.5，一個布置循環單價13，如果全部使用中空錨索，其循環布置單價為35，就錨索支護而言，能夠減少1/3的支護費用。注漿后，通過內窺鏡透視圖發現：鉆眼時眼孔壁面光滑，說明砂質巖層裂隙內注漿充填較為密實，巷道圍巖得到加固，注漿范圍內中空錨索和實心錨索都能夠實現全長錨固，能夠達到懸吊支護效果。透視圖如圖2所示。

參考文獻：

[1] 曹罡，任大春.裂隙巖層三維滲流的隨機模型[J].東北水利水電，2006，（2）.

[2] 張連名，周峰，張兆坤.地下巖層裂隙的幾種勘察研究方法[J].水文地質工程地質，2003，（4）.

[3] 張電吉，白世偉，楊春和.裂隙巖體滲透性分析研究[J].勘察科學技術，2003，（1）.

[4] 楊太華，孫鈞，巖層裂隙非規則幾何水力學特性研究[J].巖土工程學報，1997，（19）.

[5] 康延雷，彭新宇，李士東.單家村煤礦井下巷道注漿加固過古斷層[J].煤炭科學技術，2004，（2）.