注漿錨索支護(hù)在裂隙頂板堵水中的應(yīng)用

方國(guó)濤

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)北辛窯煤業(yè)有限公司，山西 忻州 036702）

1 北辛窯礦概述

北辛窯礦14 采區(qū)輔助運(yùn)輸巷位于8 號(hào)聯(lián)絡(luò)巷南側(cè)，+1 040 m 水平南翼輔助運(yùn)輸、+1 040 m 水平帶式輸送機(jī)巷之間，與+1 040 m 水平南翼三條大巷平行。輔助運(yùn)輸巷巷道設(shè)計(jì)長(zhǎng)度約1 260 m，巷道以6°俯角下山掘進(jìn)；其中煤巷186 m，其余為全巖巷道，巷道掘進(jìn)煤層為2 號(hào)煤層，平均厚度為5.35 m。

輔助運(yùn)輸巷輔采用爆破施工工藝，巷道掘進(jìn)至911 m 處揭露一條正斷層，斷層落差為13 m，傾角為63°，受該斷層影響將原本處于巷道頂板的2 號(hào)煤層提升至巷道頂板，當(dāng)巷道掘進(jìn)至932 m 處時(shí)，巷道頂板以上有2.3 m 厚巖層，以及4.0 m 厚煤層，為了保證頂板支護(hù)強(qiáng)度，將原頂板6.3 m 錨索及時(shí)更換為長(zhǎng)度為9.3 m；當(dāng)巷道掘進(jìn)至940 m 處時(shí)，圍巖在構(gòu)造應(yīng)力作用下出現(xiàn)裂隙發(fā)育，受到2 號(hào)煤層頂板K3 砂巖含水層影響，巷道頂板淋水較大，錨固劑塞進(jìn)鉆孔難度較大，導(dǎo)致頂板支護(hù)錨固效果差，且裂隙導(dǎo)水不利于巷道安全快速掘進(jìn)。

2 注漿錨索支護(hù)的應(yīng)用

2.1 注漿錨索支護(hù)原理

在裂隙頂板施工錨索支護(hù)孔，然后對(duì)錨索支護(hù)孔內(nèi)進(jìn)行高壓注漿，注漿液在高壓作用下向孔壁裂隙內(nèi)延伸擴(kuò)展，并進(jìn)行凝固，及對(duì)錨索起到錨固作用，同時(shí)對(duì)巖體裂隙進(jìn)行填堵、填充作用，提高破碎巖體膠結(jié)穩(wěn)定性，并在頂板上方形成混凝土帷幕圈，起到有效堵水、防水作用。

2.2 支護(hù)施工設(shè)備材料

1）采用MT-130型風(fēng)動(dòng)鉆機(jī)配套長(zhǎng)度為1.5 m中空鉆桿以及直徑為26 mm 合金鉆頭進(jìn)行錨索鉆孔施工；采用2ZBSB1.92型雙液變量注漿泵進(jìn)行注漿施工。

2）注漿材料采用水泥與水玻璃混合漿液，水泥采用P.O42.5 普通硅酸水泥，水泥與水的質(zhì)量配比為1∶1，采用模數(shù)為2.4～3.4，濃度為30～45°Be，水玻璃作為添加劑[1-2]。

2.3 注漿錨索支護(hù)施工

1）輔助運(yùn)輸巷從940 m 處對(duì)頂板施工注漿錨索，首先采用MT-130型鉆機(jī)對(duì)頂板施工垂直支護(hù)鉆孔，鉆孔深度為7.0 m，鉆孔直徑為26 mm，每排施工3 個(gè)，鉆孔間距為1.5 m，排距為3.0 m。

2）錨索鉆孔施工完后對(duì)鉆孔內(nèi)填裝一根長(zhǎng)度為7.3 m，直徑為17.8 mm 錨索，但不進(jìn)行錨固劑錨固；錨索安裝后在錨索與孔壁之間插入一根直徑為6 cm的注漿軟管，軟管長(zhǎng)度為2.0 m，如圖1 所示。

圖1 注漿錨索施工斷面、剖面示意圖

3）注漿軟管插入鉆孔內(nèi)后，在孔口往里0.3 m 范圍內(nèi)采用麻皮、膨脹水泥進(jìn)行封堵；鉆孔封孔完成后將注漿軟管與注漿鍍鋅鐵管連接，并進(jìn)行注漿施工，如圖2 所示。

圖2 鉆孔注漿施工平面示意圖

4）在注漿施工時(shí)注漿壓力為3 MPa，單孔注漿量為40 kg，注漿時(shí)保持固定壓力在0.5 h 以上，觀測(cè)注漿量，進(jìn)行記錄；注漿完成，采取鉆孔窺視法對(duì)注漿充填率進(jìn)行注漿前后成果檢查對(duì)比。

2.4 注漿施工注意事項(xiàng)

1）注漿過程中流量計(jì)及壓力表等設(shè)備應(yīng)該齊全完好。根據(jù)漿液流量、注漿壓力特征動(dòng)態(tài)調(diào)整漿液水灰比[3-4]。注漿前后控制漿液由稀到濃，根據(jù)具體情況逐步提高漿液濃度和注漿壓力。

2）注漿隨著深度的不同，注漿壓力應(yīng)隨時(shí)調(diào)節(jié)，當(dāng)注漿達(dá)到下列標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，可結(jié)束該孔注漿：注漿段注漿壓力達(dá)終注壓力（≥3 MPa），10 min 持續(xù)注漿量不大于5 L/min；當(dāng)注漿孔口壓力突然上升時(shí)，注漿難以注入時(shí)。

3）注意檢查壓力、流量、漿液及周圍環(huán)境變化，認(rèn)真記錄并及時(shí)調(diào)整注漿參數(shù)，做到施工過程動(dòng)態(tài)控制。

4）注漿過程派專人負(fù)責(zé)填寫注漿記錄表，記錄注漿時(shí)間、漿液消耗量及注漿壓力等數(shù)據(jù)，觀察壓力表值，監(jiān)控聯(lián)通裝置，避免因壓力猛增而發(fā)生異常情況。

3 支護(hù)優(yōu)點(diǎn)及實(shí)際應(yīng)用效果分析

3.1 注漿錨索支護(hù)優(yōu)點(diǎn)

1）支護(hù)工藝簡(jiǎn)單：注漿錨索施工工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度低，與錨索棚、矩形鋼棚相比成本費(fèi)用低。

2）支護(hù)效果好：由于受頂板淋水作用，頂板煤巖體出現(xiàn)軟化現(xiàn)象，而傳統(tǒng)錨桿（索）主要采用端頭錨固方式，錨固端位于裂隙或淋水區(qū)域時(shí)，錨固效果差；而注漿錨索實(shí)現(xiàn)了錨索全長(zhǎng)錨固的目的，在注漿過程中可對(duì)孔壁附近裂隙進(jìn)行封堵、填充，提高了錨索錨固效果，加強(qiáng)了錨索支護(hù)質(zhì)量。

3）堵水效果好：注漿錨索在施工過程中注漿液可通過圍巖裂隙進(jìn)行滲透，通過窺視孔觀察發(fā)現(xiàn)，注漿液滲透半徑達(dá)1.0 m，注漿液可對(duì)圍巖裂隙進(jìn)行充分填充封堵，同時(shí)注漿液凝固后形成一個(gè)厚度達(dá)7.0m，直徑為1.0 m的圓柱形混凝土帷幕圈，起到有效隔水、堵水的作用[5]。

4）實(shí)用性強(qiáng)：注漿錨索不僅可用于復(fù)雜地質(zhì)條件的采掘工作面中，而且還可用于水利、橋梁、隧道等工程領(lǐng)域中，實(shí)用性強(qiáng)，應(yīng)用區(qū)域廣。

3.2 實(shí)際應(yīng)用效果分析

截止目前，14 采區(qū)輔助運(yùn)輸巷已掘進(jìn)到位，通過對(duì)巷道斷層帶處頂板施工注漿錨索后，不僅有效控制了斷層應(yīng)力區(qū)破碎頂板整體穩(wěn)定性，應(yīng)力區(qū)圍巖未出現(xiàn)破碎、冒落現(xiàn)象，頂板下沉量控制在0.3 m以下。同時(shí)采用注漿錨索后，對(duì)巷道頂板圍巖裂隙進(jìn)行充分填堵，阻斷了上覆含水層涌水通道，防止了巷道掘進(jìn)期間發(fā)生頂板淋水現(xiàn)象。通過現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)，巷道在后期掘進(jìn)過程中頂板最大淋水量不足0.3 m3/h。

4 結(jié)論

北辛窯煤礦對(duì)輔助運(yùn)輸巷斷層帶處裂隙頂板采取注漿錨索支護(hù)后，大大提高了頂板整體穩(wěn)定性，以及頂板隔水性能，避免了因頂板出現(xiàn)淋水現(xiàn)象，導(dǎo)致頂板支護(hù)難度大、頂板支護(hù)失效率高等現(xiàn)象，起到了有效的堵水效果，保證了巷道安全快速掘進(jìn)，取得了顯著應(yīng)用成效。