錨注技術在巷道泥質膠結圍巖控制中的應用

楊巨忠

（汾西礦業中興煤業，山西 交城 030500）

引言

隨著礦井開采深度增加，井下采掘作業受到地質構造、地應力影響更為嚴重，采掘作業面圍巖條件更趨復雜，當圍巖為泥質膠結結構時由于自身承載能力及穩定性較差，從而導致圍巖控制困難，巷道容易出現嚴重的底鼓、變形甚至圍巖失穩等問題[1-2]。因此對泥質膠結圍巖巷道支護技術展開研究對提升礦井煤炭生產安全保障能力具有一定的促進作用。現階段眾多研究學者從采用高預應力錨桿、錨索、W鋼帶以及圍巖注漿等方式控制泥質膠結圍巖變形，并取得較好的研究成果[3-4]。文中在以往研究成果基礎上[5-6]，以山西某礦21采區軌道巷掘進為工程背景，提出采用錨注技術控制泥質膠結圍巖變形，通過增加圍巖自身承載能力并充分發揮支護結構圍巖控制效果來達到有效控制圍巖變形的目的。研究成果可為類似情況下的其他礦井圍巖支護提供借鑒。

1 工程概況

山西某礦21采區軌道巷（見圖1）沿著7號煤層底板掘進，7號煤層頂底板巖性見表1，7號煤層頂底板巖性以砂質泥巖、炭質泥巖為主，圍巖強度整體較低。巷道埋深平均超過640m。現場實測巷道圍巖垂向應力、水平應力分別達到13～15MPa、16～18MPa。

表1 7號煤層頂底板巖性參數

圖1 21采區軌道巷沿位置示意圖

21采區軌道巷設計斷面為半圓拱形，凈寬、凈高分別為5.0 m、4.3 m，原支護設計采用“錨網索”控制圍巖變形。頂板布置錨桿、錨索交替布置，錨桿為4根、按照800 mm×900 mm間排距布置，錨索為3根、按照1 800 mm×1 800 mm間排距布置；巷幫錨桿均為3根，按照800 mm×900 mm間排距布置。由于巷道埋深較大，在高地應力以及圍巖本身強度較低等因素綜合作用下導致巷道圍巖控制困難。巷道掘進完成后，在施工錨桿鉆孔期間發現內部裂隙發育、整體較為破碎。采用上述支護方式支護完成1個月后，圍巖出現一定程度破碎、軟化問題，部分支護結構失效，巷道整體變形較大，部分錨桿、錨索支護結構失效，給巷道正常使用帶來一定的威脅。

2 錨注技術在圍巖控制中應用

2.1 注漿加固設計

2.1.1 中空注漿錨索施工參數

根據21采區軌道巷圍巖巖性以及現場圍巖變形破壞情況，決定將巷道圍巖中已失效的錨索更換為中空注漿錨索，若錨索未失效則在兩錨索間增加布置中空注漿錨索加固巷道圍巖；同時在巷幫各增加布置一個中空注漿錨索，具體布置見下頁圖2所示。

圖2 注漿錨索布置示意圖（單位：mm）

21采區軌道巷頂板布置的3根錨索呈現扇布置，錨索直徑、長度分別為22 mm、6 800 mm，按照1 800 mm×1 800 mm間排距布置；巷幫布置的注漿錨索規格與頂板一致，具有10°的仰角。現場布置的中空注漿錨索結構主要由索具、止漿塞、出漿口以及索體等構成，具體見下頁圖3。

圖3 中空注漿錨網索結構

2.1.2 其他護表結構布置參數

注漿錨索配合采用的鋼托盤（300 mm×300 mm×16 mm）護頂，采用2支zk2850樹脂錨固劑錨固，錨固長度為1 000 mm，注漿錨索施工完成后預先施加120 kN預應力提高錨索圍巖控制效果。采用W型鋼帶連接臨近的兩排注漿錨索，從而增加表層巖層支護強度。

錨索注漿完成后，在巷道表面鋪設由6 mm鋼筋編織、網孔80 mm×80 mm的鋼筋網。鋼絲網鋪設完畢后噴射強度C20混凝土，厚度在70 mm。

2.2 注漿參數設計

為了降低巷道圍巖加固成本，注漿選用親泥性泥巖注漿材料，具體采用的注漿加固材料性能參數見表2，采用的親泥性泥巖注漿材料不僅具備較低的黏度而且析水率較低，可滿足泥質膠結圍巖使用需要。注漿壓力以2.0～2.5倍靜水壓力為宜，根據現場實際情況將注漿壓力設定在6～8 MPa。單孔注漿量保持在0.3～0.5 m3。

表2 親泥性泥巖注漿材料性能參數

3 圍巖控制效果分析

3.1 鉆孔窺視

待在21采區軌道巷采取中空注漿錨索加固圍巖后，通過施工窺視鉆孔對圍巖加固效果分析窺視。從窺視結果看出，在未注漿區域內圍巖裂隙較為發育，鉆孔周邊破碎，頂板存在一定的離層；注漿加固后，施工的窺視鉆孔發現鉆孔周邊裂隙被注漿漿液充填，鉆孔孔壁較為平整，表明文中所提注漿加固參數及中空注漿錨索布置方式可有效提高21采區軌道巷泥質膠結圍巖穩定性及承載能力。

3.2 圍巖變形

布置測點對注漿加固完成后的圍巖變形量進行監測，具體監測結果見圖4。從圖中清晰看出，對21采區軌道巷圍巖進行注漿加固后，巷道頂底板變形量較未加固前降低了50%以上，最大變形量控制在80 mm以內，取得顯著的圍巖控制效果。

圖4 錨注前后頂底板變形量監測結果

4 結論

1）21采區軌道巷由于埋深大、圍巖強度及穩定性較低等原因，導致部分錨網索支護結構失效、圍巖變形量較大。通過理論分析并結合現場圍巖變形情況，提出采用錨注方式加固巷道圍巖，提高泥質膠結圍巖強度及穩定性。

2）現場應用后，采用鉆孔窺視發現圍巖內裂隙被注漿漿液充填，圍巖強度及穩定性均得到明顯的提升；圍巖變形監測發現注漿后巷道頂底板圍巖變形量較注漿前降低了50%以上，取得了顯著的圍巖控制效果。