錨注技術(shù)在巷道泥質(zhì)膠結(jié)圍巖控制中的應(yīng)用

楊巨忠

（汾西礦業(yè)中興煤業(yè)，山西 交城 030500）

引言

隨著礦井開采深度增加，井下采掘作業(yè)受到地質(zhì)構(gòu)造、地應(yīng)力影響更為嚴重，采掘作業(yè)面圍巖條件更趨復(fù)雜，當圍巖為泥質(zhì)膠結(jié)結(jié)構(gòu)時由于自身承載能力及穩(wěn)定性較差，從而導(dǎo)致圍巖控制困難，巷道容易出現(xiàn)嚴重的底鼓、變形甚至圍巖失穩(wěn)等問題[1-2]。因此對泥質(zhì)膠結(jié)圍巖巷道支護技術(shù)展開研究對提升礦井煤炭生產(chǎn)安全保障能力具有一定的促進作用。現(xiàn)階段眾多研究學(xué)者從采用高預(yù)應(yīng)力錨桿、錨索、W鋼帶以及圍巖注漿等方式控制泥質(zhì)膠結(jié)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(chǔ)上[5-6]，以山西某礦21采區(qū)軌道巷掘進為工程背景，提出采用錨注技術(shù)控制泥質(zhì)膠結(jié)圍巖變形，通過增加圍巖自身承載能力并充分發(fā)揮支護結(jié)構(gòu)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(qū)軌道巷（見圖1）沿著7號煤層底板掘進，7號煤層頂?shù)装鍘r性見表1，7號煤層頂?shù)装鍘r性以砂質(zhì)泥巖、炭質(zhì)泥巖為主，圍巖強度整體較低。巷道埋深平均超過640m。現(xiàn)場實測巷道圍巖垂向應(yīng)力、水平應(yīng)力分別達到13～15MPa、16～18MPa。

表1 7號煤層頂?shù)装鍘r性參數(shù)

圖1 21采區(qū)軌道巷沿位置示意圖

21采區(qū)軌道巷設(shè)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(shè)計采用“錨網(wǎng)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(yīng)力以及圍巖本身強度較低等因素綜合作用下導(dǎo)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(fā)現(xiàn)內(nèi)部裂隙發(fā)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(xiàn)一定程度破碎、軟化問題，部分支護結(jié)構(gòu)失效，巷道整體變形較大，部分錨桿、錨索支護結(jié)構(gòu)失效，給巷道正常使用帶來一定的威脅。

2 錨注技術(shù)在圍巖控制中應(yīng)用

2.1 注漿加固設(shè)計

2.1.1 中空注漿錨索施工參數(shù)

根據(jù)21采區(qū)軌道巷圍巖巖性以及現(xiàn)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(qū)軌道巷頂板布置的3根錨索呈現(xiàn)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(guī)格與頂板一致，具有10°的仰角。現(xiàn)場布置的中空注漿錨索結(jié)構(gòu)主要由索具、止?jié){塞、出漿口以及索體等構(gòu)成，具體見下頁圖3。

圖3 中空注漿錨網(wǎng)索結(jié)構(gòu)

2.1.2 其他護表結(jié)構(gòu)布置參數(shù)

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(yù)先施加120 kN預(yù)應(yīng)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(shè)由6 mm鋼筋編織、網(wǎng)孔80 mm×80 mm的鋼筋網(wǎng)。鋼絲網(wǎng)鋪設(shè)完畢后噴射強度C20混凝土，厚度在70 mm。

2.2 注漿參數(shù)設(shè)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(shù)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(zhì)膠結(jié)圍巖使用需要。注漿壓力以2.0～2.5倍靜水壓力為宜，根據(jù)現(xiàn)場實際情況將注漿壓力設(shè)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(shù)

3 圍巖控制效果分析

3.1 鉆孔窺視

待在21采區(qū)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(jié)果看出，在未注漿區(qū)域內(nèi)圍巖裂隙較為發(fā)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(fā)現(xiàn)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(shù)及中空注漿錨索布置方式可有效提高21采區(qū)軌道巷泥質(zhì)膠結(jié)圍巖穩(wěn)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(jiān)測，具體監(jiān)測結(jié)果見圖4。從圖中清晰看出，對21采區(qū)軌道巷圍巖進行注漿加固后，巷道頂?shù)装遄冃瘟枯^未加固前降低了50%以上，最大變形量控制在80 mm以內(nèi)，取得顯著的圍巖控制效果。

圖4 錨注前后頂?shù)装遄冃瘟勘O(jiān)測結(jié)果

4 結(jié)論

1）21采區(qū)軌道巷由于埋深大、圍巖強度及穩(wěn)定性較低等原因，導(dǎo)致部分錨網(wǎng)索支護結(jié)構(gòu)失效、圍巖變形量較大。通過理論分析并結(jié)合現(xiàn)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(zhì)膠結(jié)圍巖強度及穩(wěn)定性。

2）現(xiàn)場應(yīng)用后，采用鉆孔窺視發(fā)現(xiàn)圍巖內(nèi)裂隙被注漿漿液充填，圍巖強度及穩(wěn)定性均得到明顯的提升；圍巖變形監(jiān)測發(fā)現(xiàn)注漿后巷道頂?shù)装鍑鷰r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。