六家煤礦北翼運(yùn)輸大巷圍巖注漿加固及底板組合錨索

張杰ZHANG Jie

（內(nèi)蒙古平莊煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司六家煤礦，赤峰 024076）

（Inner Mongolia Pingzhuang Coal Industry（Group）Co.，Ltd.Liujia Coal Mine，Chifeng 024076，China）

1 北翼運(yùn)輸大巷地質(zhì)概況

平莊煤業(yè)集團(tuán)六家煤礦北翼運(yùn)輸大巷位于煤層底板的巖層中，與6-10 煤層之間相距30～35m，巖性屬于灰黑色泥巖，泥巖厚度為16m，其特點(diǎn)主要表現(xiàn)為：層節(jié)理發(fā)育，小塊狀結(jié)構(gòu)。

2 北翼運(yùn)輸大巷圍巖破壞原因

根據(jù)井下實(shí)地考察情況結(jié)合地質(zhì)資料分析，北翼運(yùn)輸大巷屬高應(yīng)力軟巖巷道的范疇。北翼運(yùn)輸大巷所處巖層的巖性以灰黑色泥巖為主，泥巖厚度16m，層理和節(jié)理發(fā)育，受巖層縱橫交錯(cuò)節(jié)理或裂隙的切割，巖層呈小塊狀結(jié)構(gòu)，極為松軟破碎。原巖的應(yīng)力平衡狀態(tài)在大巷開挖后遭到不同程度的破壞，在應(yīng)力的作用下使得圍巖巷道空間收斂變形，進(jìn)而形成大范圍的圍巖松動(dòng)圈。

對于灰黑色泥巖來說，其原始強(qiáng)度比較低，通過綜合分析北翼運(yùn)輸大巷圍巖巖性特征及其變形特點(diǎn)，本文認(rèn)為：此類高應(yīng)力工程軟巖的變形對于任何形式的被動(dòng)支護(hù)體系或讓壓支護(hù)體系來說，根本不可能控制。在這種情況下，只能采取適當(dāng)?shù)拇胧┗謴?fù)和提高圍巖的自撐能力，同時(shí)提高圍巖的承載能力，使得抵御深部圍巖的變形壓力在一定程度上大大增強(qiáng)，進(jìn)一步有效控制此類軟巖巷道的變形。對于錨噴支護(hù)，以及傳統(tǒng)的支護(hù)形式來說，早已無法控制其變形，深部圍巖傳遞的壓力難以有效的抵抗，并且產(chǎn)生更大的圍巖松動(dòng)圈。通過注漿加固補(bǔ)強(qiáng)與錨索支護(hù)的復(fù)合支護(hù)體系，進(jìn)一步對此類軟巖變形破壞巷道進(jìn)行最有效的治理。在解決極松軟破碎巖層巷道或硐室支護(hù)方面，化學(xué)注漿加固技術(shù)結(jié)合強(qiáng)力錨索支護(hù)技術(shù)發(fā)揮著重要的作用。

3 北翼運(yùn)輸大巷加固總體方案

作為一種新型的加固支護(hù)技術(shù)，注漿與錨索聯(lián)合加固支護(hù)技術(shù)是將現(xiàn)代注漿加固技術(shù)、柔性錨索加固技術(shù)，以及傳統(tǒng)的錨噴支護(hù)技術(shù)進(jìn)行綜合，融合了各種技術(shù)的優(yōu)勢，主要表現(xiàn)為：①注漿與錨索聯(lián)合加固支護(hù)技術(shù)與傳統(tǒng)錨噴支護(hù)技術(shù)相比，注入的漿液能夠?qū)r石的力學(xué)性質(zhì)在一定程度上進(jìn)行改善；在巖石塊之間的孔隙中，通過充填漿液，破碎巖石塊能夠膠結(jié)成一體，使得巖體的整體強(qiáng)度進(jìn)一步提高，同時(shí)能夠增強(qiáng)巖體的穩(wěn)定性。②對于錨注聯(lián)合加固支護(hù)體系來說，由于漿液能夠與巖體、錨桿進(jìn)行接觸，同時(shí)能夠完全充填桿體內(nèi)、桿體與鉆孔間隙，進(jìn)而在一定程度上保證了錨桿受力傳遞的可靠性和連續(xù)性。③經(jīng)過注漿處理后，桿體中斷了與地下水、空氣間的聯(lián)系，銹蝕反應(yīng)得到進(jìn)一步遏制，使得錨桿的錨固能力持續(xù)時(shí)間更長，在一定程度上確保了支護(hù)體系的長期性、穩(wěn)定性。

4 化學(xué)注漿加固技術(shù)

所謂煤巖體化學(xué)注漿加固就是借助化學(xué)漿液對圍巖（煤層）的裂隙面進(jìn)行充填和固結(jié)，進(jìn)而在一定程度上提高圍巖的整體強(qiáng)度，同時(shí)煤巖體自身的承載能力也大大的提升，進(jìn)一步確保了圍巖的穩(wěn)定性。受注漿壓力的影響和制約，進(jìn)一步將漿液擠壓、滲透到圍巖之間的裂隙中，在一定時(shí)間內(nèi)進(jìn)一步凝結(jié)和固化破碎的巖石，在松軟破碎的圍巖內(nèi)形成網(wǎng)狀骨架結(jié)構(gòu)。與松軟圍巖體本身的強(qiáng)度相比，由于化學(xué)注漿固結(jié)體的強(qiáng)度比較高，經(jīng)過注漿處理后，在抗壓強(qiáng)度方面，與圍巖的抗壓強(qiáng)度相比，在圍巖裂隙內(nèi)形成的骨架的抗壓強(qiáng)度比較大，并且注漿具有較強(qiáng)的韌性、粘結(jié)性，固結(jié)體在巷道圍應(yīng)力的作用下，雖然會(huì)隨圍巖發(fā)生相應(yīng)的變形，但是不會(huì)遭到破壞，進(jìn)而與圍巖共同承擔(dān)深部圍巖應(yīng)力的載荷。

4.1 注漿材料 按照材料化學(xué)成份的不同，可以將注漿加固材料分為兩種，分別為無機(jī)材料和有機(jī)材料。其中，無機(jī)材料主要是水泥類漿液，而對于有機(jī)材料注漿漿液來說，品種相對比較多。在有機(jī)材料注漿漿液中，應(yīng)用范圍比較廣，并且效果比較好的屬于波雷因漿液。

4.2 化學(xué)注漿加固設(shè)備 采用QB——12 型氣動(dòng)高壓雙液化學(xué)注漿泵對化學(xué)注漿進(jìn)行處理，與注漿設(shè)備配套的進(jìn)風(fēng)管路為Φ25mm 高壓風(fēng)管20m，出漿管為若干根規(guī)格為Φ10mm，長度分別10m、5m、2m，總長為40m。

5 底板組合錨索支護(hù)技術(shù)

對于底板錨索，通常情況下，選用3 根直徑為17.8mm鋼絞線作為大錨索，單根錨索的強(qiáng)度級別、破壞負(fù)荷分別為1860MPa、350.0kN。那么3 根錨索的破壞荷載合計(jì)為1050.0kN。錨索錨固范圍內(nèi)的所有巖石在注漿的作用下被膠結(jié)加固成一個(gè)整體加固拱，進(jìn)而在一定承擔(dān)上最大限度地發(fā)揮圍巖的自承能力，同時(shí)對巷道變形進(jìn)行了遏制。

6 設(shè)計(jì)巷道注漿參數(shù)

6.1 布置注漿孔 在對注漿孔進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，對于化學(xué)漿注漿孔來說，通常情況下，其布置參數(shù)為：排距、孔距、孔深分別為2.5m、1.5m、2.5m；對于水泥漿注漿孔來說，可以分為淺孔與深孔，其布置參數(shù)分別為：排距、孔距、淺孔孔深（深孔孔深）分別為2.5m、1.5m、2.5m（7m）。

6.2 注漿量 巖石性質(zhì)、破壞狀態(tài)、注漿壓力、漿液性質(zhì)及粘度等因素對漿液的滲透半徑產(chǎn)生不同程度的影響，其變化范圍比較大。

式中：γ 為水的容重，g 為重力加速度，s 為漿液剪切強(qiáng)度，h 為注漿壓力，a 為巖層的間隙等值半徑，β 為時(shí)間系數(shù)。

在施工過程中，通過對漿液的滲透性、注漿終壓等進(jìn)行調(diào)整，在一定程度上確保實(shí)際擴(kuò)散半徑不小于孔間距的0.65～0.75 倍，同時(shí)確保注漿孔的滲透范圍存在一定的交叉。

6.3 水泥漿注漿量 在實(shí)際注漿過程中，根據(jù)前每個(gè)注漿孔的注漿量，可采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合專用程序軟件對后期單孔注漿量進(jìn)行預(yù)測。

7 底板預(yù)應(yīng)力組合錨索施工方案

7.1 施工設(shè)備 在錨固施工過程中，通常情況下，底板打眼采用風(fēng)動(dòng)潛孔錘鉆機(jī)。注漿設(shè)備選擇QB——12 氣動(dòng)注漿泵。

7.2 底板組合錨索規(guī)格及鉆孔參數(shù) ①底板錨索規(guī)格：錨索選用3 根直徑為Φ17.8mm、長度為15.5m 的鋼絞線作為一束大錨索，頭部3000mm 段編制成串珠狀，以利固結(jié)增強(qiáng)錨索拉力。②鉆孔參數(shù)：錨索鉆孔孔徑為Φ90mm；底板破碎時(shí)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。中間孔為垂直孔，兩邊孔外擺15°。③錨索布置：采用排式布置方式，錨索排距3m，間距1.5m，采用五花眼布置，配用400×400×16mm 和200×200×12mm 鋼托盤各一塊。采用錨索張拉器張緊至單根鋼絞線80kN。

7.3 錨索布置 采用排式布置，排距3m，間距1.5m。

8 井下主要觀測參數(shù)與儀器

在觀測井下支護(hù)質(zhì)量的過程中，其中涉及到的主要參數(shù)包括：圍巖表面位移、圍巖深部位移、錨索錨固力等。采用錨索測力計(jì)觀測錨索錨固力，采用斷面收斂儀觀測巷道表面位移，采用頂板測深儀和六點(diǎn)位移計(jì)觀測巷道圍巖深部位移。

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[2]宋榮普.愛民溫都煤礦軟巖巷道支護(hù)技術(shù)研究及應(yīng)用[D].遼寧工程技術(shù)大學(xué)，2011（12）.

[3]賈安立，牛松濤，喬玉輝.大斷面破碎圍巖硐室組合支護(hù)技術(shù)[C].中國軟巖工程與深部災(zāi)害控制研究進(jìn)展——第四屆深部巖體力學(xué)與工程災(zāi)害控制學(xué)術(shù)研討會(huì)暨中國礦業(yè)大學(xué)（北京）百年校慶學(xué)術(shù)會(huì)議論文集，2009（09）.