錨注技術在深部開采復雜地質條件巷道圍巖控制中的應用

王立新

【摘 要】 深部開采時巷道圍巖受到較大地應力作用，圍巖控制難度較大，特別是巷道掘進區域地質條件復雜時，圍巖變形量大、控制困難成為制約巷道掘進、使用的主要問題。5112軌道巷在掘進通過背斜構造影響區時，圍巖變形量較大且未有收斂趨勢，若不采取措施則面臨較大的冒頂風險。通過鉆孔窺視發現圍巖裂隙發育、破碎范圍大以及錨索錨固端處于破碎范圍邊緣等因素是導致巷道圍巖持續變形的主要原因，為此提出使用注漿錨索對圍巖進行控制，通過注漿增強圍巖承載能力及穩定性，并與巷道支護體系耦合實現圍巖有效控制。現場應用后，巷道頂底板、巷幫變形量分別控制在35mm、23mm以內，圍巖變形整體較小，滿足了復雜地質條件深部開采巷道圍巖控制需要。

【關鍵詞】 深度開采;地質構造;圍巖控制;注漿錨索;圍巖注漿

【中圖分類號】 TD353 【文獻標識碼】 A 【文章編號】 2096-4102（2021）04-0013-03

隨著礦井采掘深度增加，煤炭回采時受到地質條件影響更趨明顯。深部開采時巷道圍巖在高地應力、地質構造等綜合作用下出現圍巖變形嚴重、支護困難等問題，掘進巷道面臨“先掘后修”“頻繁修整”局面，不僅增加巷道支護、維護成本，而且給礦井回采安全帶來較大威脅。結合巷道掘進深度、地層情況以及地質構造發育情況對支護參數、支護工藝以及支護材料等不斷更新，可更好地滿足圍巖控制需要。近些年來，錨注技術在深度軟巖巷道、復雜地質隧道圍巖支護中應用逐漸廣泛，通過錨注可提升圍巖完整性承載能力，將錨索與巷道圍巖耦合成整體，共同抵抗圍巖變形，可滿足巷道長時間使用需要。

1 工程概況

山西某礦開采深度為715m，已進入深部開采。 5112軌道巷設計斷面為直墻半圓形，凈高×凈寬=4.1m×5.4m，凈斷面積超過20m2，巷道主要用于5采區運輸、通風等工作，設計掘進長度1860m，原設計采用錨網索+表層噴漿支護方式。5112軌道巷沿著11#煤層掘進，煤層厚度平均3.97m，傾角6～10°，頂底板巖性以泥巖、粉砂巖以及砂質泥巖為主，具體見表1所示。

5112軌道巷在區域背斜背面掘進，受到區域地質構造影響，掘進范圍內存在煤體及頂底板巖層破碎等問題，會給巷道圍巖控制帶來較大威脅，預計巷道掘進至720m時會揭露背斜構造軸部，在軸部位置圍巖破碎。巷道掘進至690m時，頂板及煤體裂隙量呈增加趨勢，現場布置測點監測發現頂底板、巷幫在10d內變形量分別可達到680mm、390mm，且未有收斂跡象。表明現階段巷道使用的支護方式以及支護參數難以滿足圍巖控制需要。

2 軌道巷圍巖結構分析

在巷道掘進680m、690m分別布置1號、2號測站在巷道頂板、巷幫位置施工窺視鉆孔對圍巖結構進行分析，具體窺視鉆孔布置見圖1所示。具體不同測站窺視鉆孔探測結果見表2所示。

從表2看出：

5112軌道巷圍巖結構已出現整體性破壞，巷道頂部、拱部位置破壞程度明顯高于巷幫。1號測站頂部、拱部及巷幫破碎區范圍分別在1800mm、1900mm、1000mm以內，而到2號測站時頂部、拱部及巷幫破碎區范圍分別增加至2500mm、2500mm、3000mm以內，破碎區范圍顯著增加。

隨著巷道與褶曲軸部間距縮小，巷道頂部、拱部及巷幫裂隙發育速度以及分布密度呈增加趨勢。1號測站在頂部、拱部獲取到的裂隙發育密度分別為5.6條/m、4.8條/m、2.5條/m，而到2號測站時頂部、拱部裂隙發育密度分別增加至9.0條/m、6.8條/m、4.0條/m。

軌道巷圍巖松動圈范圍已達到6300mm以上，接近上覆基本頂位置，同時隨著時間增加松動圈范圍呈緩慢增加趨勢。軌道巷圍巖松動破壞區范圍已達到巷道錨索錨固端位置，錨索起到的懸吊作用顯著弱化，無法有效控制圍巖變形。因此，降低軌道巷圍巖破碎區、裂隙區發育范圍，提升圍巖整體穩定性以及抗變形能力，是實現巷道圍巖控制關鍵。

3 錨注支護技術

3.1 錨索注漿設計

根據巷道圍巖鉆孔窺視結果以及所處位置地質條件，巷道圍巖變形重點需要對頂部、拱部位置進行錨索注漿。錨索注漿從680m開始，直至通過褶曲影響段為止（預計至760m位置），錨注注漿加固長度預計為80m（見圖2）。

采用的錨注錨索型號為SKP22/1-1860，具體參數中錨索技術參數見表3所示。在巷道頂部、拱部共布置5根注漿錨索，按照1500mm×1500mm間排距布置，具體注漿錨索布置情況見圖3所示。

3.2 注漿錨索施工

3.2.1 施工方法

錨索鉆孔采用型號MQ7-130/2.9C風鉆鉆進，配套使用φ28mm鉆頭、φ19mm×1000mm六角鋼釬鉆桿。

錨桿鉆孔施工完畢后，開始進行注漿錨索施工。在錨索注漿前，在距離錨索端頭300mm位置安裝止漿塞;注漿錨索鉆孔孔口形狀設置成喇叭口形，并在錨索端頭纏繞一定量的棉紗或者棉線;在注漿錨索安裝時，應確保錨索托盤與巷道壁緊密貼合，每根錨索內均塞入4支型號Z2335樹脂錨固劑，從而將錨索錨固長度控制在1500mm。

注漿錨索施工工序為：施工位置確定→錨索鉆孔施工→檢測鉆孔質量→安裝錨索及注漿管路→注漿準備→按照順序進行注漿。

注漿按照巷幫、拱部、頂部順序進行，注漿前先拆除鎖具、錨盤，確保注漿球閥與注漿錨索尾部內螺紋牢固連接，最后將注漿球閥管路端連接至注漿泵。注漿時應首先壓風管路后開啟注漿泵，在注漿泵啟動初期注漿速度不宜過大，通過閥門由小到大緩慢張開，確保注漿漿液可均衡等進入中空注漿錨索內;在注漿過程中若發現注漿壓力達到終壓時且注漿管路不再吸漿時，按照先停泵、再關閉注漿錨索頭部截門、最后打開卸壓管路。

注漿錨索完成注漿后，首先應檢查錨索孔封孔口效果，當止漿塞與孔口間存在有較大縫隙時，可使用棉紗對縫隙進行封堵，隨后按照要求依次安裝托盤、球形墊圈、索具等設備;注漿錨索以及張拉設備安裝到位后，根據設計錨固力要求進行張拉，確保張拉后預緊力在190kN以上。

3.2.2 注漿材料

注漿材料選擇使用水泥漿液，具體水灰比為1：2。為提升水泥漿液加固效果，在漿液中按照水泥質量的8%添加ACZ-1添加劑。

錨索注漿時注漿壓力控制在5～8MPa。根據現場注漿條件以及注漿參數，預計單個注漿錨索注漿持續時間在15～20min.

3.3 圍巖控制效果分析

5112軌道巷掘進過背斜構造期間，采用錨注技術控制圍巖變形。巷道支護完成后，對圍巖變形量進行監測，具體監測結果見圖4。結果發現巷道頂底板、巷幫等變形量整體較小，最大變形量分別控制在35mm、23mm以內，圍巖變形10d即趨于穩定。

4 總結

5112軌道巷掘進至背斜構造影響范圍內時，通過鉆孔窺視發現，在背斜構造影響范圍內巷道圍巖中破碎區范圍已達到錨索錨固端位置，錨索難以有效控制圍巖變形。在構造影響下圍巖裂隙發育，采用原有的錨網索+噴漿方式難以滿足圍巖控制需要。提高背斜構造影響范圍內巷道圍巖強度及自身抗變形能力是實現巷道圍巖變形控制關鍵措施。

文章提出在原有支護體系基礎上，將普通錨索更換為注漿錨索，通過錨索向巷道圍巖裂隙中壓注漿液，將錨索與圍巖耦合成整體并提高巖層穩定性以及自身承載能力，巷道圍巖支護體系與圍巖共同作用控制巷道變形。現場應用后，巷道頂底板、巷幫在支護完成后的10d即趨于穩定，變形量分別控制在35mm、23mm以內，圍巖控制效果顯著。

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