中空注漿錨索在破碎圍巖中的應(yīng)用

高 雄

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)雁崖煤業(yè)大同有限公司，山西 大同 037031）

巷道掘進(jìn)期間遇圍巖破碎帶會(huì)出現(xiàn)頂板下沉，兩幫收縮、片幫以及底鼓等現(xiàn)象，巷道掘進(jìn)過(guò)程中圍巖內(nèi)部會(huì)形成松動(dòng)圈，且隨著應(yīng)力的持續(xù)破壞作用，圍巖松動(dòng)圈范圍不斷擴(kuò)大。對(duì)此類(lèi)巷道傳統(tǒng)的支護(hù)方法主要采用高強(qiáng)度錨桿（索）進(jìn)行維護(hù)，而錨桿（索）在圍巖松動(dòng)圈內(nèi)進(jìn)行支護(hù)時(shí)，不僅支護(hù)鉆孔施工難度大，錨桿錨固效果差，而且錨桿支護(hù)預(yù)應(yīng)力在圍巖裂隙內(nèi)釋放，無(wú)法通過(guò)桿體有效傳遞至穩(wěn)定基巖內(nèi)，從而大大降低了錨桿（索）支護(hù)強(qiáng)度。所以對(duì)處于應(yīng)力區(qū)破碎圍巖中的巷道采取合理有效的支護(hù)設(shè)計(jì)，對(duì)圍巖控制、施工安全、巷道掘進(jìn)效率等具有重要意義。

1 工程概況

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)雁崖煤業(yè)大同有限公司5310 巷位于三盤(pán)區(qū)東翼，工作面北部為8311 工作面（未開(kāi)拓），南部為8309 工作面，西部為三盤(pán)區(qū)主要三條大巷，東至保護(hù)煤柱為界。

5310 高抽巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為2 610 m，巷道設(shè)計(jì)斷面寬×高為4.8 m×3.7 m，巷道在3#與5#合并煤層中掘進(jìn)，煤層平均厚度為8.96 m，平均傾角為4°，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，煤層內(nèi)含多層夾矸，夾矸總厚度為1.78 m，煤層局部區(qū)域存在煌斑巖侵入，3#-5#煤層頂?shù)装鍘r性見(jiàn)表1。

表1 3#-5#煤層頂?shù)装鍘r性匯總

根據(jù)5310 巷掘進(jìn)地質(zhì)報(bào)告，5310 巷掘進(jìn)期間預(yù)計(jì)揭露9 條正斷層，斷層平均落差為1.4 m，傾角為52°，其中位于巷道322 m、657 m、1 420 m處揭露的F3、F5、F8三條斷層落差相對(duì)較大，最大落差為2.6 m（F5斷層）。

5310 巷采用EBZ260 型掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)，截至2021年2月11日巷道已掘進(jìn)至648 m，由于受F5 斷層影響，巷道掘進(jìn)至640 m處時(shí)進(jìn)入斷層應(yīng)力區(qū)，巷道圍巖出現(xiàn)應(yīng)力顯現(xiàn)現(xiàn)象，主要表現(xiàn)在兩幫收斂，頂板破碎等，巷道掘進(jìn)至645 m處時(shí)頂板出現(xiàn)第一次冒漏，而原采用的錨桿（索）支護(hù)在破碎頂板中支護(hù)效果差，無(wú)法滿足巷道掘進(jìn)施工需要。

2 注漿錨索支護(hù)

2.1 支護(hù)原理

在應(yīng)力區(qū)圍巖施工注漿鉆孔，對(duì)鉆孔內(nèi)錨注中空注漿錨索，并對(duì)錨索施加預(yù)應(yīng)力，然后采用專用注漿泵，對(duì)中孔錨索進(jìn)行高壓注漿施工，注漿材料在壓力作用下沿孔壁裂隙滲透，從而對(duì)孔壁裂隙進(jìn)行粘接重組，同時(shí)在注漿過(guò)程中漿液將注漿錨索與孔壁進(jìn)行粘接，從而改變了錨索的受力狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了注漿錨索全長(zhǎng)錨固，大大提高了錨索支護(hù)效果。

2.2 支護(hù)結(jié)構(gòu)

5310 巷破碎頂板采用的注漿錨索長(zhǎng)度為6.0 m，直徑為35 mm，錨索為8 股中空狀，中部孔直徑為14 mm，注漿錨索楔頭芯桿長(zhǎng)度為1.5 m，主要用于樹(shù)脂錨固；在楔頭芯桿往外3.0 m范圍內(nèi)沿注漿錨索四周布置輔助出漿孔，見(jiàn)圖1。在注漿錨索端頭處安裝止?jié){塞，注漿施工時(shí)采用注漿鋼管與軟管配套使用，注漿鋼管直徑為12 mm，注漿軟管直徑為10 mm。

圖1 中空注漿錨索結(jié)構(gòu)

2.3 注漿施工

（1）巷道掘進(jìn)至650 m處時(shí)原頂板錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)不變，將頂板單錨索更換為注漿錨索，每排施工三根注漿錨索，錨索間距為2.0 m，排距為3.0 m，注漿錨索施工在相鄰兩排鋼帶之間。

（2）注漿錨索鉆孔采用MYT-190 型液壓錨桿鉆機(jī)施工，配套長(zhǎng)度為1.2 m六棱鉆桿以及直徑為35 mm合金鉆頭，每排布置三個(gè)鉆孔（1#、2#、3#），鉆孔深度為6.0 m，其中中部2#鉆孔垂直頂板布置，兩幫1#、3#鉆孔與兩幫夾角為30°。

（3）鉆孔施工完后依次對(duì)鉆孔內(nèi)錨注注漿錨索，每根錨索采用三支錨固劑錨固，錨固長(zhǎng)度為1.2 m，錨固力不得低于290 kN。錨索錨固后在其外露端安裝一塊厚度為5 mm，長(zhǎng)度及寬度為0.4 m拱形鋼托板并采用鎖具預(yù)緊，預(yù)緊力不低于220 kN。

（4）注漿錨索錨固后依次安裝注漿軟管、注漿鋼管以及止?jié){塞，止?jié){塞為聚氨酯彈性塞，將注漿鋼管與注漿泵連接進(jìn)行注漿施工，注漿液采用聚氨酯化學(xué)材料，注漿壓力為4.5 MPa，單孔注漿時(shí)間為15 min。

3 巷道頂板變形監(jiān)測(cè)分析

2021年2月22日5310 巷已掘進(jìn)至705 m處，巷道完全過(guò)F5 斷層應(yīng)力區(qū)，為了便于對(duì)巷道頂板變形觀測(cè)，在應(yīng)力區(qū)巷道頂板每隔10 m安裝一臺(tái)GUD500 型數(shù)顯頂板離層儀，同時(shí)在注漿錨索施工前應(yīng)力區(qū)頂板安裝一臺(tái)離層儀，離層儀深基點(diǎn)安裝在頂板往上7.0 m處，淺基點(diǎn)安裝在頂板往上2.5 m處，通過(guò)20 d現(xiàn)象觀察對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)：

1）應(yīng)力區(qū)頂板未采用中空注漿錨索支護(hù)時(shí)，巷道頂板破碎、斷裂現(xiàn)象嚴(yán)重，頂板支護(hù)效果差，在0～10 d范圍頂板蠕動(dòng)變形嚴(yán)重，頂板下沉量成直線上升趨勢(shì)，在10 d內(nèi)頂板下沉量達(dá)0.26 m，在10～15 d內(nèi)頂板下沉量逐漸減小，在第10 d頂板下沉量達(dá)0.34 m，見(jiàn)圖2。

圖2 注漿錨索施工前后頂板變形曲線

2）應(yīng)力區(qū)頂板采用注漿錨索支護(hù)后，在0～8 d范圍頂板同樣產(chǎn)生蠕動(dòng)變形現(xiàn)象，頂板最大下沉量為0.17 m，在8～20 d范圍內(nèi)注漿后對(duì)圍巖裂隙填充完全凝固，且注漿錨索對(duì)圍巖實(shí)現(xiàn)耦合支護(hù)作用，頂板下沉量注漿減小，在第20 d頂板下沉量為0.22 m，滿足應(yīng)力區(qū)頂板支護(hù)要求。

4 結(jié)論

1）注漿錨索支護(hù)與傳統(tǒng)錨桿（索）支護(hù)相比，通過(guò)注漿將鉆孔壁裂隙巖體進(jìn)行充分粘接，提高了孔壁附近巖體整體穩(wěn)定性，加強(qiáng)了頂板承載能力，保證了錨索錨固效果，使錨索預(yù)應(yīng)力能夠有效地傳遞至穩(wěn)定基巖中，同時(shí)注漿錨索實(shí)現(xiàn)了注漿與錨注同步支護(hù)作用，大大提高了錨索支護(hù)質(zhì)量及強(qiáng)度。

2）注漿錨索施工采用支護(hù)孔兼做注漿孔，與傳統(tǒng)注漿施工相比，減少了破碎頂板支護(hù)鉆孔及注漿鉆孔施工數(shù)量，提高了鉆孔成孔率，降低了鉆孔施工勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度，同時(shí)解決了傳統(tǒng)破碎頂板因支護(hù)鉆孔、注漿鉆孔施工數(shù)量多，導(dǎo)致鉆孔施工時(shí)對(duì)頂板產(chǎn)生擾動(dòng)破壞作用。