組合錨注支護在深部大斷面巷道圍巖控制中的應用

楊軍祥

（汾西礦業正幫煤業， 山西 孝義 032300）

引言

隨著礦井生產能力不斷提升，回采巷道斷面呈不斷增加趨勢，深部區域開采大斷面巷道在掘進時遇地質構造、埋深大、圍巖應力等因素綜合作用下，容易出現圍巖變形量大、難以控制等問題，若采取的支護措施與現場條件、巷道斷面等不吻合，容易出現安全事故[1-3]。本文以山西某礦2506 大巷為工程實例，提出采用組合錨注技術對深部區域大斷面巷道圍巖變形進行控制，以期實現巷道圍巖高效控制，并為后續使用安全創造良好條件。

1 山西某礦2506 大巷工程概況

山西某礦2506 大巷凈斷面積為23.5 m2（凈寬、凈高分別為5.6 m、4.8 m），巷道在回采的11 號煤層底板砂質泥巖層中掘進，埋深平均789 m。在2506大巷穿層掘進，揭露的巖層分別為砂質泥巖、石灰巖、泥巖等。由于巷道埋深較大，加之圍巖應力復雜，導致2506 大巷頂板、巷幫等不同程度出現脫皮情況，影響巷道后續安全使用。為保障巷道原有斷面并為后續安全使用創造良好條件，提出采用組合錨注技術控制圍巖。

2 巷道圍巖變形破壞原因分析

隨著礦井采掘深度增加，巷道圍巖受地應力影響更趨明顯，當巷道圍巖應力大于支護強度時，圍巖會出現離層、底鼓以及變形量大等問題[4-5]。根據巷道現場條件分析，巷道出現較大變形原因主要為高應力、圍巖支護不合理等導致。

2.1 高應力

由于2506 大巷埋深較大，圍巖應力較高，高應力是導致巷道圍巖變形、急劇破壞的主要因素。對于圍巖巖性相同巷道，在埋深較淺的區域內圍巖變形量較小，深部區域圍巖變形破壞范圍明顯增加。在巷道掘進時，掘進引起的應力也會給圍巖穩定性帶來一定的擾動。

2.2 支護方式

根據巷道實際情況，針對性地采取支護方式對確保圍巖穩定具有重要影響。對巷道掘進后圍巖變形特征分析發現，巷道開挖后會導致淺部圍巖出現一定范圍的松動圈，若圍巖支護采用的錨桿、錨索錨固端位于松動圈范圍內，則無法有效控制巷道圍巖變形。

為降低巷道淺部圍巖變形向深部擴展，選擇使用合理、科學的圍巖支護參數控制巷道變形，可提高圍巖控制效果。

3 組合錨注技術現場應用

根據2506 大巷掘進現場條件以及類似條件下其他巷道圍巖變形特征，結合巷道圍巖支護經驗，決定采用組合錨注（注漿錨桿+注漿錨索）方式對圍巖進行支護[6-8]。

3.1 組合錨注施工參數

3.1.1 注漿錨桿

在2506 大巷采用淺孔、深孔注漿相結合，對圍巖進行加固。采用的淺孔、深孔注漿錨鉆孔孔深分別為2.0 m、3.5 m；淺孔、深孔注漿鉆孔按照交錯式布置方式，間排距均為1600 mm。采用的注漿錨桿直徑均為20 mm，淺孔錨桿長度1600 mm、深孔錨桿長度為3000 mm，巷道斷面上布置9 個注漿鉆孔，具體鉆孔布置如下頁圖1 所示。

圖1 注漿錨桿布置示意圖

3.1.2 注漿錨索

注漿錨索為3 根規格均為Φ22 mm×16000 mm鋼絞線組合而成，巷道斷面上布置3 根錨索，間排距均按照3000 mm 布置。具體注漿錨索布置圖如圖2所示。

圖2 注漿錨索布置示意圖

3.1.3 注漿材料

注漿材料選用普通硅酸鹽水泥，并在漿液中添加一定量的水玻璃，水玻璃使用量為水泥添加量的3%，注漿漿液按照質量比1∶（0.8～1）進行配比。注漿錨桿注漿時淺孔、深孔壓力分別為2.5～3.0 MPa、3.0～5.0 MPa，錨桿注漿時確保終孔注漿壓力控制在5 MPa 以內。淺孔注漿錨桿、深孔注漿錨桿單孔注漿量分別應不小于0.1 t、0.2 t。

3.1.4 注漿工藝

布置的中空錨桿、中空錨索等均應垂直巷道壁，同時錨索外漏長度應控制在500 mm 以內。錨索注漿時，注漿壓力控制為5 MPa，注漿量應以實際消耗量為主，為降低注漿過程中注漿漿液外溢量，將單孔注漿時間控制在15～30 min。在中空錨索注漿時選對孔口2 m 范圍內巖體進行加固，待孔口巖體注漿加固完成1 d 后再進行深部注漿，期間對注漿漿液濃度、流量等參數進行監測，并根據現場效果調整現場注漿工藝。

注漿均采用型號2TGZ-60/210 注漿泵，錨桿注漿鉆孔施工采用YT-28 鑿巖機，錨索注漿鉆孔采用普通回轉鉆機進行。

3.2 圍巖控制效果分析

為考察2506 大巷組合錨注支護效果，對采用普通錨桿支護段以及組合錨注支護段圍巖變形量進行監測，具體監測結果如圖3 所示。

圖3 圍巖變形監測結果

從圖3 中看出，采用普通錨網索支護工藝時，巷道頂板、底板以及兩幫整體變形量較大，而采用組合錨注支護技術后圍巖變形量得以有效控制，在監測期間頂板、底板以及兩幫變形量分別控制在135 mm、61 mm、78 mm 以內，同時圍巖變形基本趨于穩定。通過分析得知，組合錨注技術可有效控制深部大斷面巷道圍巖變形，為巷道后續安全使用創造良好條件。

4 結論

1）山西某礦2506 大巷圍巖變形量較大的主要原因是巷道掘進斷面大、埋深大以及圍巖支護參數不合理等因素導致。基于此背景，提出采用組合錨注技術對圍巖變形進行控制，具體選擇綜合使用中空注漿錨桿、組合中空注漿錨索對圍巖進行控制，通過使用組合錨注技術可以提高圍巖穩定性，不僅可為錨桿、錨索提供相對穩定的錨固端，而且可實現全長錨固。

2）依據2506 大巷現場實際情況，對組合錨注圍巖支護參數進行設計，現場應用后，2506 大巷圍巖變形量較以往錨網索支護降低50%～70%，巷道圍巖變形量大、難以控制等問題得到有效解決，現場取得較好的效果。