破碎煤幫錨索錨固力提高方法及其適用條件探討

王海濤

（晉城煤業集團趙莊煤業 ，山西 晉城 048000）

近年來，錨桿錨索支護技術在我國煤礦得到大力發展應用，其應用的范圍現已基本覆蓋礦井下所有的巷道硐室，使礦井的支護條件得到了非常大的改善。同時錨索支護又是一種主動支護，現已成為煤礦頂板及兩幫支護的主要措施和方法。但是針對軟煤、高應力、動壓影響巷道，煤幫十分破碎，破壞深度甚至已經超過錨索支護范圍，造成錨固失效，錨固力嚴重不足，錨索支護起不到應有的作用，巷幫變形大。因此，針對破碎煤幫錨索錨固力不足問題展開研究，提高錨索錨固力，對于巷道支護意義重大[1～3]。

1 錨索錨固力提高方法分類

1.1 改善煤體結構

主要是通過注漿方式，將破碎煤幫重新膠結為一個完整整體，減少結構弱面，提高煤幫承載能力，改善錨索錨固和受力環境。

1.2 加長錨索

通過采用長度更大的錨索，使錨固端能夠穿過破碎區域，進入完整煤體區域，提高錨固力。

1.3 避讓破碎區

如果破碎區僅分布在某一高度范圍，如夾薄層軟煤煤幫，或者局部破碎，可以調節錨索高度位置，或者采用一定的仰角穿層，使錨索錨固端避開破碎區域。

1.4 加長錨固

包括兩種方法，樹脂錨固劑加長錨固和注漿加長錨固。

樹脂錨固劑加長錨固：采用樹脂錨固劑，增加錨固長度，增大錨索、錨固劑、孔壁接觸面積，從而提高錨固力；

注漿全長錨固：可以采用樹脂錨固劑端部錨固，外部采用注漿方法利用漿液加長或者全長錨固，也可以不采用樹脂錨固劑。錨索可以采用中空注漿錨索，或者普通錨索配合外部注漿管。

1.5 綜合法

針對嚴重破碎或者異常復雜支護問題，可能需要多種方法進行配合，充分利用各種方法優勢，能夠起到更好的效果。

2 不同方法適用條件探討

2.1 巷幫整體較好，夾軟煤或局部破碎

由于整體較好，裂隙不發育，不建議進行注漿，可以采用避讓破碎區法，根據現場情況選擇幫錨索位置，適當調節角度，以實現整體支護，通過形成的整體錨固結構和網片預應力擴散控制破碎區。

2.2 巷幫整體破碎，但破壞深度淺，巷幫不再變形

建議選擇適當加長錨索方式。由于巷幫已經穩定，不再變形，只需維持現狀，不必要進行注漿，只需通過不同長度錨索的拉拔試驗結果，確定加長錨索選型，使錨固端進入完整區域，提高錨固力。

2.3 巷幫整體破碎，破壞深度大，超過錨索支護范圍

建議采用綜合法，即先注漿，填充裂隙，加固破碎區域，然后采用加長錨索正常錨固，或者采用正常長度錨索加長錨固。

3 幫錨索錨固力提高方法實例

3.1 工程概況

趙莊煤業13092復用順槽巷道，埋深750m，地應力高，煤質酥軟，地質構造多。掘巷之前通過底抽巷瓦斯抽放鉆孔進行預抽，巷幫內部瓦斯抽放孔造成煤體空洞大，加上工作面回采強動壓影響，煤幫又產生了大量新的裂隙，因此，整個煤幫異常破碎，原始支護5.4m長幫錨索錨固力測試僅余5～8MPa，錨固效果極差，錨索無法起到有效支護作用，錨索隨巷幫同步鼓出。

3.2 錨固力不足原因分析

1）錨固端無可靠著力點。煤體內部空洞大，十分破碎；

2）錨索長度不足。破壞范圍已經遠遠超過錨索長度；

3）錨固長度不足。由于煤質酥軟，即使煤體內部無裂隙，端錨方式仍無法提供足夠錨固力，需要加長錨固。

3.3 綜合法提高錨索錨固力

根據錨固力不足原因分析，為多重因素影響，因此，采用綜合法提高幫錨索錨固力。

第一步：深淺孔分層注漿。

根據松動圈測試和鉆孔窺視結果，破壞深度達10m，進行4m、8m、12m三個孔深層次注漿，根據漿液擴散半徑測試結果確定鉆孔間排距，采用晉煤集團技術研究院生產的聯邦加固1號雙液注漿材料，4m孔平均注漿量0.5t，8m孔平均注漿量0.7t，12m孔平均注漿量1噸，平均每米巷道注漿量高達5.6t。漿液主要用于填充瓦斯抽放孔空洞、大裂隙，以及微小裂隙。注漿完畢后，通過鉆孔窺視未發現沒有被充填到的裂隙，注漿擴散效果較好，巷幫整體性得到明顯加強。

第二步：合理錨索長度確定。

變形穩定區域破壞深度已經達到最大，在此未注漿區域進行不同長度錨索拉拔試驗。采用5.4m、6.4m、7.4m、8.4m、9.4m長錨索，按照錨固力端錨方式，進行拉拔，錨固力測試結果分別為6MPa、10MPa、12MPa、16MPa，17MPa，可以發現錨索長度從6.4m增加到8.4m，錨固力提高較為明顯，從8.4m增加到9.4m，錨固力提高較小，綜合考慮，選擇8.4m長錨索。

第三步：不同長度注漿加長錨固試驗。

采用8.4m長錨索。進行三個區域對比測試：

（1）首先，在未注漿區域，采用8.4m長錨索，采用端錨方式進行試驗，錨固力約16MPa，效果較差；

（2）然后，在注漿區域，采用8.4m長錨索，采用端錨方式進行試驗，錨固力約18～22MPa，提升作用較明顯；

（3）最后，在注漿區域，采用8.4米長錨索，除正常端錨，試驗不同長度注漿加長錨固的錨固力，通過孔口擴孔長度進行設置，具體方式為：正常錨索孔徑28mm，錨索直徑22mm，錨索與孔壁之間僅余3mm，考慮煤渣影響，此部分漿液可以忽略不計，孔口擴孔采用42mm或50mm孔徑擴孔，利用擴孔段插管注漿，擴孔深度即為注漿加長錨固長度。結果表明：注漿錨固長度0.5m，錨固力約 18～20MPa；注漿錨固長度2m，錨固力約20～25MPa；注漿錨固長度4m，錨固力約25～30MPa；注漿錨固長度6m，錨固力約 26～30MPa。

認為錨固力不小于25MPa為合格。因此，最終實施方式為：采用8.4m長錨索、先注漿、正常端錨、注漿加長錨固長度不小于4m。通過該綜合法，可以使錨固力滿足要求。

4 結 論

1）破碎煤幫破壞深度如果超過錨索支護范圍，錨索錨固力大幅下降，錨索無法起到有效作用；

2）提高錨索預緊力方法按照作用機理不同，可以分為改善煤體結構、加長錨索、加長錨固、避讓破碎區、綜合法；

3）闡述了錨索錨固力提高不同方法適用條件；

4）進行工程實例介紹，針對異常破碎區域錨索錨固力嚴重不足情況，采用8.4m加長錨索、先注漿、正常端錨、注漿加長錨固不小于4m的綜合法，取得了良好的錨固力提高效果。