中空注浆锚索配合FSS化学浆支护在过断层中的应用

冯海丽

（潞安环能股份公司 王庄煤矿，山西 长治 046031）

1 支护技术概况

在过特殊地质构造段时，有锚索被拉断、退锚等现象。中空注浆锚索通过对普通锚索索体增加注浆芯管和改进锚索索具结构实现锚固、索具预紧和注浆的一体化。目前，注浆加固按使用材料分为两种：一种是颗料型无机（水泥类）浆材；一种是纯液态有机化学浆材。FSS为两种纯液态化学浆的混合，混合浆能在注入煤岩层破碎带或断层破碎带的煤岩体裂隙后迅速凝结，将松散、破碎的煤岩体胶结在一起，可比传统的注水泥浆加固效果更为明显。

1.1 注浆锚索

1）注浆锚索结构。锚索采用新型中空结构，中空管兼做注浆管。锚索索体采用高强度螺旋肋预应力钢丝编绞而成,钢绞线的主要特点是将压延拉拔工艺处理后的半成品经过一次塑性变形拉拔。索具采用锚索瓦片锁具，配备油压张拉千斤顶进行张拉，保证了锚索的初始锚固力，不至于在顶板来压时出现退锚现象。中空注浆锚索主要技术参数如表1所示。

2）注浆锚索支护机理。将锚索的支护作用与注浆加固的作用组合起来，共同作用于巷道围岩，浆液渗透到钻孔周围较大范围的煤岩体中，对出现松动的煤岩体产生粘结固化作用，从而改善围岩的整体性，提高煤岩体的自撑能力，从而大大改善巷道支护效果。

3）注浆锚索特点。研究表明，采用高强度螺旋肋预应力钢丝制成的锚索，锚固强度要比普通锚索提高15%以上，锚固延性可提高25%以上。再者，注浆锚索浆液凝结后能提高岩体内聚力、内摩擦角、弹性模量，能为杆体提供可靠的着力点，有效地提高围岩的自身强度。浆液可以封堵围岩裂隙、隔绝空气、防止围岩风化，并能防止围岩被水浸湿而降低围岩本身强度。注浆后能使作用在顶板上的垂直载荷有效地传递到两帮，同时由于组合拱厚度的加大，又能减小作用在底板上的荷载集中度，从而减小底板的应力集中。

表1 中空注浆锚索主要技术参数

1.2 FSS化学浆

1.2.1 FSS加固原理

FSS化学加固材料是由A、B两种液态成份组成，以体积比1：1混合后的化学浆在泵压的作用下，注入断层破碎带的煤岩体裂隙中，浆液会形成以扩散孔口为中心，呈球型树根状向四周渗透和扩散，并靠材料自身发泡、膨胀的推动下，渗透到围岩的深部微细裂隙内，浆料化学胶凝后将松散煤岩体胶结在一起，起到挤压充填、粘接补强的作用，并有一定塑性变形能力。FSS化学加固材料主要性能指标如表2所示。

表2 FSS化学加固材料主要性能指标

1.2.2 FSS化学浆与传统水泥浆的比较

相比传统水泥浆，FSS化学浆具有以下优点：①水泥浆水灰比太高，现场施工时用水量为水泥重量的50～60%，多余的水在水泥凝结中形成大量的孔隙和气泡，导致水泥硬化后强度下降。FSS化学浆为A、B化学产物，不会产生多余水分。②水泥浆流动性和可泵性差，注浆阻力大，对注浆泵、风压要求较高。FSS化学浆为两种液态料，注浆泵站压力5MPa，就能达到要求。③水泥浆粒度大，浆液难以注入细小裂隙或孔隙中，扩散半径小,并在搅拌过程中容易离析和沉淀。注射FSS化学浆扩散半径大，充填效果好。

2 现场应用及效果分析

图1 巷道布置平、剖面示意图（/mm）

1）工程原有概况。某矿南翼东回风大巷掘进中揭露Fw107正断层，断层走向北偏东55°，倾角∠35°，H=3.5m，断层示意图见图1。巷道原支护采用锚网索喷+梯子梁支护。通过Fw107断层期间，在原设计基础上对断层前后20m范围内，架设一梁三柱木板棚补强加固，棚梁大板规格长×宽×厚为5500 mm×200×200mm，棚腿圆木规格φ200mm×4000 m，棚间距1000mm。南翼东回风大巷原支护参数见表3，原支护断面示意图见图2。巷道施工至断层前15m时，顶板围岩开始明显破碎。施工过断层面20 m时，巷道顶板出现明显下沉，架设的木棚伴有大板开裂、棚腿倾斜现象，离层仪进入红区等说明原支护设计不能满足支护要求。

2）支护参数调整。要在断层面前后40 m范围内补打注浆锚索，锚索规格φ22 mm×8 300 mm，3/4交叉布置，间排距1 400 mm×1 600 mm，均匀分布在原有两排锚索之间，锚固力不小于200 kN，每根锚索使用一支K2335+两支Z2360树脂锚固剂，每打设30根锚索集中注FSS化学浆一次。

表3 南翼回风东大巷原支护参数一览表

图2 南翼东回风大巷巷道断面支护示意图（/mm）

3）应用效果。利用注浆锚索加固，锚索中上部的浆液能够深入岩层较深破碎带，较高强度的锚索索体使断层面以下的煤岩牢牢地悬吊在断层上方岩层上。与传统的锚网索喷+梯子梁支护相比，锚索注浆支护技术能将破碎围岩胶凝成一个稳定的整体，达到有效支护目的，有效地控制了围岩变形，抑制了顶板下沉，具有明显支护效果。注浆加固前、后的巷道围岩变形监测图，见图3和图4。

图3 注浆前巷道围岩变形监测图

图4 注浆后巷道围岩变形监测图

3 结束语

锚网索喷+梯子梁支护在遇到地质构造支护效果很差时，通过基于FSS化学材料的锚固注浆锚索支护技术形成的新型支护体系在支护效果、施工速度、施工难度等方面有着明显优势，实现了顶板的整体性、稳定性，锚固顶板的厚岩梁结构力学性能得到了充分发挥，有效控制了顶板下沉，能为今后掘进巷道过易破碎大断层提供新思路、新方法。

[1]侯朝炯，郭励生，勾攀峰，等.煤巷锚杆支护[M].徐州：中国矿业大学出版社，1999.

[2]刘志勇，秦荣宏，高厚明，等.煤巷掘进过断层方法[J].煤矿安全，2002.33（4）：15-16.

[3]张灿，赵宏志.高瓦斯条件下过断层技术及其应用[J].能源技术与管理，2005(2)：25-26.