深部高应力软岩巷道锚注支护施工技术研究

2011-12-30徐兵

中国新技术新产品 2011年3期

关键词：软岩锚杆顶板

徐兵

（山西省长治经坊煤业有限公司，山西长治 047100）

深部高应力软岩巷道锚注支护施工技术研究

徐兵

（山西省长治经坊煤业有限公司，山西长治 047100）

在对深部高应力软岩巷道变形破坏特征、变形形态和变形破坏的影响因素分析的基础上，概括了锚注支护施工工艺，将其成功地运用于深部高应力软岩煤、岩巷道，并对锚注施工提出了明确的技术要求。

深部高应力；软岩巷道；锚注支护

引言

深部高应力软岩巷道支护一直是国内外地下工程支护的难题之一。由于开采深度增加，地层压力逐渐增大，这类巷道的数量在不断的增加。如果采取不适当的维护措施，巷道围岩变形愈加剧烈，支护也会愈加困难，最终将导致巷道失稳破坏；破坏后的巷道围岩将更加破碎，再生裂隙更加发育，致使巷道掘进与支护也变得十分困难。因此对深部高应力软岩巷道锚注支护理论与技术进行研究，对我国煤矿安全高效生产具有重要的理论意义与应用价值。

1 深部高应力软岩巷道变形破坏特征

(1)围岩的自稳时间短、来压快。所谓自稳时间，就是在没有支护的情况下，围岩从暴露到开始失稳的时间。软岩巷道的自稳时间仅为几十分钟到几个小时，巷道来压快，要立即支护或超前支护，方能保证围岩不致冒落。

(2)围岩变形量大、速度快、持续时间长。深部高应力软岩巷道的特点就是围岩变形速度快、变形量大、持续时间长。一般来说，巷道掘进的第1-2天，变形速度少的5-10mm/d，多的达50-100mm/d；变形持续时间一般25-60天，有的长达半年以上仍不稳定。

巷道的围岩的变形量，在支护良好的情况下，其均匀变形量一般达到60-10Omm以上，如果支护不当，围岩变形量更大。

(3)围岩的四周来压、底臌明显。在较硬岩层中，围岩对支护的压力主要来自顶板，中硬岩层围岩对支护的压力主要来自顶板和两帮，但在深部高应力软岩巷道中，则是四周来压、底臌明显。底臌明显是高应力软岩巷道的重要特征，如果巷道底臌或底臌不明显，围岩就不是软岩。高应力软岩巷道四周来压，如果不支护，将出现一个支护结构的薄弱带，巷道破坏首先就是从不设防的底臌开始，又因底臌导致两帮移近和失脚，直到片帮冒顶，巷道全部破坏。

(4)普通的刚性支护普遍破坏。深部高应力软岩巷道变形量大、持续时间长，普通刚性支护所承受的变形压力很大，施工后很快就发生破坏，必须再次或多次翻修后巷道才能使用。这是刚性支护不适应软岩巷道变形破坏规律的必然结果。

2 深部高应力软岩煤巷支护方案的选择

深部高应力软岩巷道支护与围岩相互作用的研究成果证明，支护强度是控制巷道围岩剧烈变形的关键因素，只有支护强度大于0.3MPa时，才能有效地控制巷道的剧烈变形。实践证明，支护在破坏或塌陷前后能达到的最大支护强度范围相当狭窄，不管采用什么支护形式，最大的支护强度都为同一个数量级。

如对于锚杆来说，最大的支护强度为0.05-0.1MPa；对于单独使用的轻型型钢支架可提供0.05-0.1MPa的支护强度，而重型钢支架提供的支护强度可达0.2MPa。由此可见，仅仅依靠单一的锚杆或支架本身的支护能力，很难控制相当的剧烈变形，必须充分发挥巷道围岩自身的承载能力。

从目前各类巷道的支护形式及支护效果上来看，巷道的支护形式从低到高可以分为3个层次，第一个层次为各种金属型钢支架、砌碹等被动支护形式；第二个层次是以锚杆支护为主的改善巷道岩体力学性能的主动支护形式；第三个层次，即最高层次，是以从根本上改变岩体结构及力学性能的以锚杆注浆加固为主的主动加固形式。支护层次越高，支护效果越好。因此采用锚注支护技术是目前解决深部高应力软岩巷道支护问题的最好方案。

3 锚注支护施工技术要求及安全措施

3.1 锚注支护施工工艺

锚注法施工作业较之单纯锚杆支护作业，劳动组织要复杂一些。除迎头仍按正常锚杆支护作业外，另外组织一个专业注浆队进行注浆。

锚注支护施工工艺是：打眼放炮-打顶板锚杆孔-安装顶板锚杆-横金属网、钢带及上托盘-喷70-80mm厚混凝土－打两帮锚杆孔-安装两帮锚杆-挂两帮金属网、钢带并上托盘-喷70-80mm厚混凝土-打注浆锚杆孔-安装注浆锚杆-注底角注浆锚杆-注帮注浆锚杆-注顶板注浆锚杆。

注浆时每断面内注浆锚杆自下而上先注底角，再注两帮，最后注顶板锚杆。注浆完毕后，根据观测结果确定是否复注及复注位置，主要是对初次注浆时，注浆效果较差的个别孔或是水泥凝结硬化时产生的收缩变形部位，通过复注可起到补注和加固作用，从而易于保证施工质量。

3.2 锚注支护施工技术要求

3.2.1 顶板管理

(l)每个掘进工作面都必须严格执行敲帮问顶制度。此项工作必须有一名有经验的老工人带领，两人进行，一人观察，一人敲帮问顶，并且由外向里逐段进行。确认无危险时，其它工作人员方准进入工作面。

(2)当掘进工作面遇到下列情况之一时，必须立即停止作业，撤出所有受威协的人员，并及时汇报矿调度室及有关单位。一是顶板来压、支护变形速度聚增时；二是瓦斯等有害气体超限、温度聚增聚减时；三是迎头遇有煤岩外移、涌水量增大等有突水预兆时；四是巷道顶板离层严重，大量锚杆失效时。

(3)掘进工作面后方所有巷道必须畅通无阻，支护完好，清洁卫生。必须认真执行各种岗位责任制，严格现场交班制度，按章作业，严格按中腰线施工，用好管好中、腰线，搞好工程质量，严禁任何职工空顶作业及冒险作业。

(4)施工单位每天要对每班所打锚杆进行非破坏性拉力试验，每班所打锚杆中抽查三条，顶部抽查两条，帮部抽查一条，并做好记号和记录。做拉力试验时顶板锚固力达8吨，帮锚杆达6吨即可停止，对达不到要求的要继续抽查该邻近锚杆，同时要分析原因，并补打锚杆。做拉拔试验时，千斤顶下严禁站人。

(5)在巷道掘进过程中，地质部门应提前提供巷道地质异常变化区位置资料，在进入预计的地质异常变化区之前，必须制定专门措施或对支护参数适当调整。

(6)每班施工前，必须认真检查后部锚杆支护情况，发现锚杆失效时应补打锚杆；发现顶板下沉严重，两帮位移加大，要及时撤出迎头全体人员进行处理，并采取在巷中补打锚杆、支设贴帮柱或中柱等挽救措施。并坚持由外向里逐段修复，修复合格后，方可进入迎头作业。

3.2.2 树脂锚杆

钻眼前应按设计要求，定好眼位，做出标记，锚杆眼角度尽量符合设计要求，锚杆眼深必须符合设计要求。钻眼后应用压风或压水将眼中的岩粉清除干净，在煤层或软岩中打眼，煤电钻不许来回拉钻杆，以免扩大眼径。安装前应检查锚杆眼的方向、位置、深度及平直度是否符合设计要求，锚固剂、杆体是否合格，如有一项不符合要求，不得进行安装。

3.2.3 喷射混凝土

喷射混凝土应尽量做到厚度均匀，并满足参数要求，杜绝露喷或落喷、手喷现象，以防注浆时漏浆跑浆影响施工。

3.2.4 支护注浆

要保证注浆锚杆孔的设计间排距，并要求垂直于岩面，底脚注浆锚杆下扎30-45度，要严格控制孔深，使其与锚杆长度配套。

浆液配比和水灰比应满足设计要求。开机前应检查喷层和管路，检查阀门是否完全开启，管路接头要牢靠、严密、有效。

注浆锚杆间排距可根据实际扩散半径加以调整，当注浆过程大面积达不到设计终压，一般为浆液沿大裂隙定向扩散所致，可加大水玻璃用量，堵塞大通道，并隔2-7天后，打插心注浆锚杆复注，以保证围岩浆液扩散均匀。