全断面锚注加固技术在破碎松软大巷中的应用

陈意飞

（山西省阳煤集团，山西 阳泉 045000）

·试验研究·

全断面锚注加固技术在破碎松软大巷中的应用

陈意飞

（山西省阳煤集团，山西 阳泉 045000）

动压条件下破碎松软巷道变形严重，难以控制的问题，是制约煤矿安全生产的难题之一。阳煤集团一矿针对以上技术难题提出了29U棚+顶、帮锚索注浆+底板锚索束注浆联合支护系统，在西大巷实验取得了较好的效果。试验结果表明，全断面锚注加固支护系统对动压条件下破碎松软巷道具有很好的适应性，达到了预期的效果，为类似条件下巷道治理提供了借鉴。

动压条件；破碎松软；全断面锚注加固

1 研究背景

阳煤集团是我国重要的无烟煤生产基地。近年来，随着集团公司各矿开采深度不断增加，地层压力逐渐增大，承受高应力和受采动影响的巷道在不断增多，这类巷道因承受高应力和多次受动压影响，造成巷道围岩松软破碎，致使巷道出现变形、底鼓、冒落、严重影响了矿井的安全生产。目前尽管各矿采用了29U型棚、锚索、起底等支护手段加固顶、帮和底板，但是巷道破坏依然严重，巷道断面仍然不能满足现场使用。

为了解决此类巷道支护困难的问题，针对阳煤集团一矿西大巷轨道巷围岩应力集中、整体松软，导致长期不断地发生变形，曾经3次整巷，但均未从根本上解决问题。根据高预应力、高强度、高刚度支护加固理念，采用预应力锚索支护配以围岩注浆，解决此类巷道支护难的问题，对矿井安全生产和经济效益的提高具有极其重要的作用。

2 工程概况

2．1 巷道位置及相邻关系

一矿西大巷轨道巷地表位于双窑沟，圪拉梁以南，虎头梁以西，老坪掌以北，地面无建筑物。井下位于北丈八井南条带一采区放水巷以东，一采区辅助皮带巷以西，西翼轨道大巷以南，一采区S8103工作面（已采）以北，与S8103工作面之间保护煤柱63．4 m。

巷道为沿15#煤层上方泥岩、石灰岩掘进的全岩巷道。该大巷在距井底约2 500～3 000 m（500 m范围）段由于穿过岩层多为泥岩，岩层较软，且受井下水的影响，导致巷道围岩变形非常大，虽然经过多次返修但仍无法控制巷道变形，严重影响巷道的正常使用。为此，决定在该大巷左侧35m处平行重新掘进一条改道巷，但是改道巷围岩变形依然很大，另外受回采面动压影响，加剧了改道巷及西大巷轨道巷围岩变形，导致改道巷也无法满足矿井的正常安全生产。

2．2 巷道断面、规格及支护形式

西大巷轨道巷断面采用直墙半圆拱形，巷道净宽4 400 mm，净高3 800 mm，直墙高1 500 mm。巷道基本支护形式为锚喷支护，当围岩破碎、压力大时改为拱棚支护。

西大巷轨道巷平面位置见图1。

3 巷道围岩破坏变形分析

1）侧墙内挤。根据现场调查结果，西大巷轨道巷整体收敛变形很大，两帮最大移近量达1 500 mm，侧墙向内鼓进，出现纵向张裂，片帮破坏比较普遍。

图1 西大巷轨道巷平面示意图

2）拱顶挤碎。在侧墙内挤的同时，支护拱顶向上变成“尖桃”形或在拱心部位剪碎。其原因主要是原碹体结构在侧压作用下拱顶上抬，空洞范围内不能产生被动抗力限制碹体变形，造成碹体在空洞范围外侧受拉，内侧受压破坏所致。并且由于巷道顶帮岩体在水平及垂直应力作用下剪切破坏，并在滑移及转动过程中迫使顶板相邻岩体转动失稳，巷道形成“尖顶”形，这也是巷道水平应力大于垂直应力的表现。

3）巷道底鼓。巷道底板在顶板和两帮围岩的挤压作用下，产生了压模效应。至2011年3月，西大巷轨道巷局部累计底臌量达2 000 mm以上，原因主要有三个：a）二次应力分布过程中围岩应力水平增高，其余三个方向是有支护的，底板是“弱面”。b）底板为泥岩和煤，有膨胀性，且区域水量丰富。c）受采动影响较大。

4 锚注加固机理

锚注加固支护技术综合了锚索加固技术和注浆加固技术的所有优点，其锚注加固机理主要体现在以下几个方面：

1）与传统锚喷支护作用原理相比，浆液充填到岩石块间的孔隙之中，使破碎岩石块重新胶结成一体，从而提高了岩体的整体强度和稳定性。

2）在锚注加固支护体系中，由于浆液能够与岩体及锚杆全面接触，将杆体与钻孔间隙、周围岩体的缝隙全部充填满，从而形成“网络”效应，使锚杆受力传递的可靠性和连续性得以充分保障。并通过浆液将力传递到围岩之中，全面提高了围岩的自身承载力。

3）注浆后，杆体与外部的联系全部中断，彻底阻止了锈蚀反应，从而保证了锚杆的长期锚固能力。

4）在锚杆、锚索和浆液的共同作用下，注浆范围内的所有岩石被胶结加固成一个整体，保护着整条巷道的自由空间。

5）底板十几米深的高强锚索束与底板梁组合将底板软岩牢牢封闭起来并施加强大的作用力控制底臌的发生。

5 工业性试验情况

西大巷轨道巷全断面锚注加固从2012年9月5日开始施工，至2013年6月12日完工，共锚注加固巷道435 m。

5．1 全断面锚注加固治理技术加固方案

1）首先按设计巷道断面进行整修并采用29U棚进行支护，然后对巷道顶帮进行喷砼，喷砼厚不小于100 mm。

2）对巷道顶、帮进行浅孔水泥-水玻璃注浆，充填巷道壁后空间同时对巷道围岩浅部破碎围岩进行注浆加固。

3）实施顶、帮锚索，并利用锚索孔对巷道顶、帮深部进行化学注浆，加固围岩深部岩层，同时实现顶帮锚索全长锚固。

4）实施底板组合锚索束及底板注浆加固。

5．2 支护形式及参数

1）顶、帮锚索布置及参数。

锚索规格：d17．8 mm×7 300 mm。锚索布置方式：每排锚索布置于两排注浆孔之间，排距1．8 m，每排布置7根锚索，其中顶板正中1根，两肩各1根；两帮各2根。顶、帮锚索布置示意图见图2。

2）底板锚索布置及参数。

组合锚索束结构采用水泥固结式组合锚索束，每根组合锚索束由3根d17．8 mm×12 500 mm钢绞线组成，头部配有导向帽，上部有组合托盘和三孔锁具。锚索束结构示意图见图3。

图2 顶、帮锚索布置示意图

图3 锚索束结构示意图

底板组合锚索束布置方式。底板组合锚索束每排3根，排距2．0 m，底板锚索束布置剖面图见图4。

5．3 锚注加固施工工艺

1）钻孔施工机具。顶帮浅部注浆孔施工采用7655风钻配B22钻杆。顶帮锚索孔施工采用风动锚杆钻机配B19钻杆。底板锚索束施工采用型号为MKQJ90／25架柱式潜孔钻机配d50 mm钻杆。

2）注浆施工。水泥注浆系统采用双液注浆系统，主要设备有ZBQ-15／6气动双液注浆泵、水泥搅浆机、储浆池、吸浆桶等。化学注浆系统采用ZBQ-5／11气动双液注浆泵及d10 mm高压胶管输浆管路。注浆主要工序：气动机械制浆→高压胶管输送→双液注浆→清洗泵腔和管路。

图4 底板锚索束布置剖面图

6 西大巷轨道巷治理前后效果对比

西大巷轨道巷在整修前，巷道变形严重，已经严重影响了巷道的正常使用。全断面锚注加固后，巷道断面得到了保证，且增加了巷道整体的稳定性。

为了验证加固效果，同时也为了掌握西大巷轨道巷全断面锚注加固后的围岩变形情况，对试验段安设了5组矿压观测站，每组由3个顶板离层仪和1个底板锚索测力计组成。经过3个月的矿压位移监测，顶板最大下沉量15．5 mm，两帮最大位移量20 mm，从观测数据可知，巷道的顶板、两帮和底鼓量很小，不影响巷道的正常使用。

7 结 论

针对一矿西大巷轨道巷工程地质条件，提出了全断面锚注加固治理方案，通过3个月的矿压位移监测，巷道顶部、两帮及底鼓量变形都小，顶板最大下沉量15．5 mm，两帮最大位移量20 mm，而且从根本上解决了巷道返修频繁的问题。说明采用29U棚+顶、帮锚索注浆+底板锚索束注浆治理受采动影响的破碎松软大巷，不仅技术上可行，而且试验现场治理效果明显，因此可为类似条件下的破碎松软大巷提供借鉴。

Application on Whole Section Bolting and Grouting Reinforcement Technique in Broken Loose and Soft Roadway

Chen Yi-fei

Under the conditions of dynamic pressure broken loose and soft roadway deformation is serious，it is difficult to control and is one of the problems of restricting coal mine safety production．Yangquan coal group No．1 coal mine in view of the above technical problems puts forward 29U shed+roof，side anchor grouting+floor anchor beam grouting combined support system，and good results have been achieved in the west roadway experiment．The test results show that whole section bolting and grouting reinforcement system under the condition of dynamic pressure in broken loose and soft roadway has good adaptability，achieve the expected effect，provides the reference for similar tunnel governance．

Dynamic pressure conditions；Broken loose and soft；Whole section bolting and grouting reinforcement

TD353

B

1672-0652（2013）10-0015-03

2013-07-20

陈意飞（1981—），男，湖北英山人，2013年毕业于中国矿业大学，硕士研究生，工程师，主要从事煤炭生产技术管理工作（E-mail）826509408＠qq．com