锚注技术在深井软岩巷道中的应用

金希武 任金龙

0 引言

随着大规模的矿山开采和采深的加大，深部高应力极软岩巷道支护问题日益突出，如淮北、淮南、龙口、徐州、铁法、肥城、枣庄等地区的矿区。深部高应力极软岩巷道一般具有:1)巷道埋深大、受采动影响或构造应力大;2)围岩松软破碎、流变性大;3)来压时间快、初期变形量大、持续时间长;4)围岩遇水易于崩解、强度急剧降低等特点。如采用不适当的维护措施，巷道围岩变形愈加剧烈，最终将导致巷道破坏，探索高应力极软岩巷道合理支护方式成为亟待解决的重大问题。本文提出了以内注浆锚杆为核心的锚注支护体系，以解决深部高应力极软岩巷道支护难题。近几年来，对软岩巷道、不良岩层巷道、软弱围岩巷道锚注支护问题进行了研究和工程实践，取得了丰硕的成果。在现有研究成果的基础上，经过不断的探索和实践，成功地将锚注支护技术应用于支护十分困难的深部高应力极软岩巷道，较好地解决了这类巷道的支护问题。

1 锚注支护体系

与砌碹、金属支架等被动支护相比，锚杆支护最大的优越性在于能及时主动地支护围岩，但锚杆支护的锚固力很大程度上取决于所锚岩体的力学性能。在深部高应力极软岩巷道，围岩的可锚性较差是造成锚杆锚固力低和失效的重要原因。锚注新型支护技术巧妙地将锚杆和注浆结合起来，利用锚杆兼作注浆管，实现“锚注一体化”。可根据具体的围岩条件，选择如下相应的锚注支护体系:1)锚、网、喷、注联合支护:用于围岩极为破碎的情况下，巷道掘进或翻修时，采用这种支护体系。2)锚、网(带或绳)、梁、喷、注联合支护:这种支护体系是顶板采用锚、梁、喷支护，两墙采用锚、网(带或绳)、喷、注联合支护。主要是针对巷道顶板含有强膨胀性蒙脱石或顶板易冒落而采取的措施。3)锚、带(绳)、喷、注联合支护:用锚杆固定钢筋带或钢丝绳、钢筋带或钢丝绳将单体锚杆连接起来，发挥群体锚杆作用，亦称“组合锚杆体系”，然后喷混凝土、注浆，进一步提高支护能力。4)专门设计的支护体系:对于一些机电硐室、与井筒相连的马头门等，不能全面翻修，只能一次性加固时，采用较大直径、较长锚杆、较粗钢筋带与注浆锚杆注浆相结合的支护体系。5)底臌处理:除遇水泥化或无法在巷道底板打注浆孔时，一般都采用注浆锚杆，或注浆锚杆与组合锚杆联合支护，能有效地提高底板强度，防止底臌或减小底臌量。另采用加长底角锚杆及底角注浆锚杆，也能有效地控制巷道底臌。

2 锚注支护应用

国投新集能源股份有限公司口孜东煤矿位于阜阳市颍东区东南25 km处，第一水平位于－967 m，属千米深井。－967 m水平等候室东通道巷道全长48.5 m，巷道坡度为1.1‰，设计为锚网喷支护。受矿压及地质条件的影响，局部巷道顶板开裂，底板鼓起，采用适合深部高应力下极软岩巷道特点的锚注支护体系。

2.1 注浆材料

注浆锚杆采用6分焊管制作，钢管直径22 mm，壁厚为3 mm。浅孔注浆锚杆长1 600 mm，深孔注浆锚杆长2 000 mm，浅孔锚杆杆体上每隔150 mm，深孔锚杆杆体上每隔200 mm，按T字形梅花布置φ5 mm注浆孔;端部车70 mm的丝扣，制作M20螺纹。终端加工成扁状，以增加注浆出口压力。在注浆锚杆外段200 mm处缠绕棕绳(棉丝)，将其装入眼孔，管头外露不大于50 mm，用水泥或矿用树脂药卷封眼口，封堵严实，以防脱锚。

注浆材料以单液水泥浆为主，注浆水泥采用普通硅酸盐水泥，水灰比为0.7∶1或1∶1。若单孔注浆压力小，注浆量稍大，也可在单液水泥浆中加入水泥量的15%～20%水玻璃与其均匀搅拌注入，以节约材料，降低成本。

2.2 注浆参数

1)注浆钻孔的规格:注浆钻孔的间排距:1 600 mm×1 600 mm，根据岩性间排距可放大或缩小200 mm。

2)注浆管外露不超过50 mm。

3)钻孔角度:巷道底脚注浆锚杆与巷道底板成30°～45°角，底脚锚注孔位与巷道底板距离不大于0.5 m，其余注浆锚杆均与巷道周边轮廓垂直布置，最小角度不小于75°。

4)注浆孔直径32 mm，浅孔孔深2 000 mm，深孔孔深2 500 mm。

5)注浆扩散半径及注浆压力:a.注浆扩散半径:注浆扩散半径按巷道围岩裂隙考虑，取3.5 m～5.0 m。b.注浆压力:注浆压力顶板为3 MPa，帮部为2 MPa，底板为2 MPa。

6)浆液配制:a.水泥浆的配制。配制水泥浆时，按设计配合比配制，力求加料严格准确，并搅拌均匀。b.现场每桶浆液配制。搅拌桶容积0.25 m3，满桶时:用水188 kg、水泥4袋;桶2/3处:用水167 kg、水泥3袋。

2.3 注浆工艺

采用单、双排孔间排交错的联合布置，按间排距1 600 mm×1 600 mm布置注浆孔，注浆孔深度浅孔选 2 000 mm，深孔选2 500 mm。先施工单排浅孔，间隔24 h后，再施工双排深孔。巷道底脚注浆孔口管与巷道底板成30°～45°角，其余孔口管均与巷道周边轮廓成垂直布置。

对帮、顶及底板进行间隔式单、双排孔注浆作业时，先按排距3.2 m打单排浅孔注浆，每排布置7根锚注管，注浆结束后再在两单排浅眼中间重新间隔3.2 m打双排深孔复注深孔，每排为7根锚注管。注浆顺序:自下而上逐排进行，先注排号为1，3，5，7后注2，4，6;底板布置3根1 600 mm锚注管，注浆顺序为从两边到中间。

2.4 技术质量要求

1)注浆质量要求。a.注浆孔施工技术要求。施工注浆孔时，严格按照设计间排距布置，间排距误差控制在±100 mm以内，孔深误差控制在±100 mm范围以内，帮、顶部锚杆角度不小于75°，底脚锚注管与帮部成30°～45°角。b.浆液制作及注浆技术要求。浆液制作时，严格掌握注浆参数、浆液配比、水灰比和注浆终压，满足设计要求。c.压水实验。每孔终孔测水后接通输浆管路进行压水试验，压力由小到大逐步升压到终压或注清水1 min。

2)注浆作业的质量管理。a.组织成立技术工种专业队伍。注浆设备由专人负责。负责观察和控制注浆压力及注浆泵的操作和日常维修工作。注浆孔内注浆由专人负责，负责装卸锚杆与注浆泵出浆管的连接，以观察并处理渗浆和漏浆。其余工种配合注浆工作，确保其施工质量。b.加强注浆作业的质量管理。注浆作业中，其注浆量的大小，注浆质量的好坏均具有隐蔽性强的特点。因此，质量控制的日常管理工作尤为重要。要求专人负责对注浆孔号，注浆压力，注浆量做好原始资料记录和整理，以便于以后分析和评估注浆效果。

3)注浆效果检查。工程结束后，采用打孔注浆进行耐压试验，帮部、顶部、底板都进行均匀布点，每30 m布置一组，孔深2 m，安装1.6 m注浆管进行压力测试，压力达到3 MPa时停机并关闭球阀，这时压力不明显降低，巷道四周不渗水为合格品。

4)出现跑浆时，主要采用下述方法进行处理:a.提高浆液的浓度，进行间歇注浆;b.采用双液浆的处理方法;c.对跑浆处可视具体情况用棉纱打钎或者干水泥塞堵裂缝，如遇大面积跑浆时，对该处进行挖补修复，待养护凝固，有一定强度后，在附近打眼注浆。

3 技术效果分析

主要是根据现场监控量测，其中包括:巷道支护收敛变形，底臌，围岩深部位移，锚杆拉拔试验，锚杆轴向力测定，喷层厚度，喷层受力量测。利用测杆、测枪等进行两帮移近量、顶板下沉及底臌的量测。结果表明锚注支护技术的采用，有效地预防了由于巷道来压导致的巷道破坏，有效地提高了支护结构的整体性和承载能力，有效地控制了深部高应力极软岩巷道的大变形，延长巷道的服务年限，减少了二次修复次数，保证了巷道的稳定和矿井的正常生产。

4 结语

1)锚注支护为改善巷道的维护状况、进一步降低支护成本、实现高产高效提供了一种新的技术保障手段，具有广阔的推广应用前景。2)锚注支护广泛应用于不同类型的不稳定和极不稳定巷道支护，通过锚杆加注浆增强围岩自身的支撑能力，达到控制围岩变形来保持不稳定顶板的稳定。实践证明采用合理的锚注支护参数后，巷道维护效果良好。

锚注支护技术的研究应用与采用型钢支架支护相比，创造了较好的技术经济、社会效益。在大埋深高应力条件下的巷道锚注支护技术的研究应用，拓宽了锚杆支护的应用范围，围绕煤矿生产主战场，降低消耗，提高企业生产经济效益，为企业的迅速发展打下了坚实的基础。

[1]程 磊，许 岩.动压巷道围岩治理与稳定性评价[J］.山西建筑，2009，35(7):100-101.