某大高度富水硐室底板砂浆锚索施工实践

郭成钺

（山西高河能源有限公司）

某大高度富水硐室底板砂浆锚索施工实践

郭成钺

（山西高河能源有限公司）

为了确保某大断面富水硐室可长期使用及经受后期采动影响，针对现场硐室底板渗水严重及水泥砂浆锚固性能不足，提出了水泥端锚全长砂浆锚索施工方式，数值模拟研究了锚网索底板支护对支护承载结构的影响，得出底板锚网索能改善底板弯矩分布并提高底板承载结构的稳定性。实践表明：底板锚索合格率达到了97%，所述施工方式可有效解决类似条件下底板锚索由于水及施工高度太高带来的施工难题。

大断面硐室 锚网索 承载结构 水泥端锚

底鼓是煤矿巷道中经常发生的动力现象，也是煤矿巷道治理的难点，而且随采深和巷道断面增加，底鼓显现越明显［1-3］。底鼓的防治总体上包括加固法和卸压法二大类，卸压法难以实施，锚网索支护治理底鼓，不但能提高底板岩体强度，而且通过对底板施加预紧力，改善其应力状态，挖底工程量大幅减小［4-5］。某矿架空乘人车硐室为采区重要硐室，其掘进后需经受附近回风下山掘进影响，而且后期要受工作面采动影响，若失稳，其采区皮带运输及行人系统将无法正常运转，会对矿区造成重大经济损失。矿方对硐室帮顶进行二次锚网支护基础上，决定对底板进行锚网索施工。底板锚网索锚索不同于帮顶锚索施工，其塌孔是困扰各矿的难题，硐室围岩含水丰富影响锚固效果，硐室高度过大，锚索钻机无法支撑到顶板，需要对其施工展开研究探讨。

1 工程概况

硐室设计为半圆拱形断面，埋深753 m，理论上巷道所处垂直应力为20 MPa左右。硐室所处区域为断层构造带。硐室围岩含水丰富，掘进巷道围岩顶帮淋水、底板渗水严重，底板打钻钻眼刚施工完毕，水即充满整个钻眼。围岩主要为泥岩及细砂岩，在断层构造影响下，巷道围岩内部节理裂隙发育。虽受内部结构面影响，岩体本身强度大大降低，同时低强度的泥岩在结构面和水的双重作用下，围岩体力学性质严重弱化。

2 底板锚网索施工

2.1 底板支护技术方案

底板锚网索具体参数为φ20 mm×2 400 mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆，间排距800 mm×900 mm，每个锚杆孔使用2支Z2350树脂锚固剂，理论锚固长度1.38 m，每个断面采用2根4孔钢筋梯子梁，并保证压茬，预紧力矩200 N·m；φ17.8 mm×5 000 mm锚索预紧力100 kN。

2.2 底板施工工序

硐室底板采取锚网索加固底板，考虑到硐室底板局部表层比较破碎，先尽量找硬底，再施工锚杆，然后再做第一层地坪，底板总体的施工工序为打锚杆（外露80～100 mm）—浇灌第一层地坪（厚度约50 mm）—挂钢筋网上钢筋梯子梁—锚杆预紧—打锚索眼—锚索钻孔孔底塞10卷速凝水泥药卷—锚索注浆—锚索张拉（注浆养护至少72 h）—浇灌第二层地坪（厚度覆盖14＃槽钢托盘，约150 mm），此外对于局部特别破碎的底板，应提前注浆。

2.3 底板施工配套设备

（1）锚杆施工。底板锚杆采用YT28型风锤施工，孔径为28 mm。为保证锚杆的角度尽量垂直于底板，采用1.2 m短钎子套2.6 m长钎子的方式施工。

（2）锚索施工。ZQJJ－200／1.8现场实施钻头直径75 mm，实际钻孔直径能达到90 mm，可以很好地解决底板锚索钻孔塌孔问题。

（3）注浆设备。采用2Zbq－30／3注浆泵，底板含水丰富，钻打锚索眼过程发现，打眼刚完毕，底板水马上充满了整个钻孔眼，底板要求的注浆压力比较大，为3～4 MPa。

2.4 水泥端锚全长砂浆锚索锚固机理

锚索水泥端锚注浆加固技术是融合锚固、封孔、注浆工艺为一体的加固技术，将注浆技术与锚索加固技术进行有机结合，充分发挥注浆加固和锚索加固的各自优势。其加固机理主要体现在如下几个方面：①锚索水泥端锚注浆通过注浆加固了底板，提高了底板的整体性以及底板岩体力学参数［6］，同时又给锚索提供了可靠的着力基础，充分发挥锚索主动加固的性能，增加了底板岩体的承载能力，从而达到控制底板峰后力学行为的目的；②浆液封堵底板岩体的裂隙，隔绝空气，相对减弱水和空气对岩体产生的弱化作用［7］；③全长锚固提高了支护结构的整体刚度［8］。

2.5 富水条件下底板锚索施工

因底板含水丰富、砂浆锚索安装钻孔直径大、水泥砂浆凝固时间长等缺点，锚固效果不理想。该矿类似富水条件底板锚索施工发现锚索合格率不高，大概为50%。于是提出了水泥端锚全长砂浆锚索施工方式，其区别就是提前塞10卷水泥速凝药卷于孔底，水泥药卷锚固性能强于水泥浆，能让锚索提前形成端部锚固。在端头塞水泥速凝锚固剂，对锚固效果加以改进。锚索水泥端锚注浆结构示意如图1（a）所示。锚索注浆时需要在孔口封孔，新加工了如图1（b）所示φ60 mm大直径注浆管，封孔仅需2卷速凝水泥药卷且效果好，图1（c）为现场施工的锚索。

图1 水泥端锚全长砂浆锚索

2.6 大高度硐室底板锚索施工

绞车房设计高度4.8 m，实际高度5～5.4 m，ZQJJ－200／1.8无法从顶板固定钻机，于是需加工图2所示底架，很好解决了大高度底板锚索的施工难题。钻机卸掉底座的4个螺栓，然后通过4个钻机固定底架孔将钻机固定在底架上，于4个底架固定底板孔内施工φ22 mm×1 000 mm短锚杆将底板固定在底板上。底架可调整底架钻机固定孔组数及调整单次锚索施工数量与锚索孔间距。现场施工图见图3。

3 底板支护作用数值模拟分析

硐室断面大小为6.0 m×4.8m，埋深753 m，计算模型大小为宽×高＝50 m×50 m，共划分20 000个单元，左右边界为单约束边界（x和y方向位移≠0），底边界为全约束边界（x和y方向位移＝0），上边界为自由边界，但施加等效应力，等效上覆载荷作用，垂直应力取16.7 MPa，水平侧压系数取1.0，力学分析模型如图4所示。

图2 底架加工示意

图3 锚索现场施工

图4 数值模拟模型

图5（a）为底板未治理二次锚网支护弯矩分布情况。图5（b）是硐室二次支护完成后对底板采取锚网索控制措施的支护承载结构的弯矩分布情况。与图5（a）相比，帮脚、帮中及靠近帮脚的底板弯矩变化不明显，起拱线及肩窝之间最大弯矩下降13.6%，肩窝附近下降10.8%，最主要的弯矩变化是底板中间位置，由于补强锚索的作用，原先中间位置的最大弯矩向两帮脚偏移，最大弯矩降低约50%，有利于底板和帮脚围岩的稳定。底板治理对改善底板弯矩分布形态起着至关重要的作用，能有效避免正弯矩导致支护承载结构内侧受拉，提高底板承载结构的稳定性，同时能优化起拱线到顶板位置的弯矩分布，提高支护承载结构的稳定性。

4 结 论

底板锚索一直是困扰某煤矿的施工难点，尤其进入深部开采后，局部巷道底鼓严重，引进ZQJJ－ 200／1.8底板锚索钻机对某硐室底板施工。为了检验其施工后锚索效果，锚索注浆养护至少72 h后，以预紧力100 kN为合格指标，来对其效果进行评价。绞车房共施工30根锚索，经过检验合格率达到了97%，仅1根不合格。底架方便地解决了大高度底板锚索施工难题，且施工速度快，1个班可施工6～9根底板锚索。所述施工方式可有效解决类似条件下底板锚索由于水及施工高度太高带来的施工难题。

图5 支护承载结构弯矩分布（单位：N·m）

［1］孟祥阁，谢文兵，荆升国，等.深井软岩巷道底鼓分层锚注支护技术［J］.煤炭科学技术，2011，39（9）：22-25.

［2］姜耀东，赵毅鑫，刘文岗，等.深部开采中巷道底鼓问题的研究［J］.岩石力学与工程学报，2004，23（14）：2396-2401.

［3］赵明洲，张继华，汪华君.深井准备巷道底鼓成因及其防治对策［J］.煤炭科学技术，2011，39（10）：26-28.

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［5］孙玉宁，周鸿超，周建荣.半煤岩软底巷道底鼓控制技术［J］.采矿与安全工程学报，2007，24（3）：340-344.

［6］李学华，杨宏敏.动压软岩巷道锚注加固机理与应用研究［J］.采矿与安全工程学报，2006，23（2）：159-163.

［7］刘文涛，王安舍，张正斌，等.中空注浆锚索在沿空留巷支护中的应用［J］.煤炭工程，2011，（6）：42-44.

［8］孟庆江，刘喜忠，李国锋.兴安矿深部软岩巷道底鼓控制对策［J］.煤矿开采，2008，13（4）：63-65.

Practical Construction of Floor M ortar Anchor in Large Height Rich-water Chamber

Guo Chengyue
（Gaohe Energy Limited Company of Shanxi）

In order to ensure thata large section of rich water chamber can be used for a long time or hold the late impacts ofmining，and for serious water seepage of the chamber floor and bad anchoring performance of cementmortar，the whollymortar cable constructionmethod with the cementend anchor is proposed.The numerical simulation ismade to study the impact of cable anchor plate support to supporting bearing structure.It is obtained that the bottom cable anchor can improve the distribution of plate＇s bendingmomentand the stability of floor load-bearing structure.The practice shows that：the bottom cable pass rate reached 97%and the construction method can effectively solve the difficulties in construction of the bottom anchor under similar conditions due to rich water and high construction height.

Large-section chamber，Cable anchor，Bearing structure，Cement end anchor

2013-08-11）

郭成钺（1985—），男，助理工程师，047100山西省长治市。