六家煤矿北翼运输大巷围岩注浆加固及底板组合锚索

张杰ZHANG Jie

（内蒙古平庄煤业（集团）有限责任公司六家煤矿，赤峰 024076）

（Inner Mongolia Pingzhuang Coal Industry（Group）Co.，Ltd.Liujia Coal Mine，Chifeng 024076，China）

1 北翼运输大巷地质概况

平庄煤业集团六家煤矿北翼运输大巷位于煤层底板的岩层中，与6-10 煤层之间相距30～35m，岩性属于灰黑色泥岩，泥岩厚度为16m，其特点主要表现为：层节理发育，小块状结构。

2 北翼运输大巷围岩破坏原因

根据井下实地考察情况结合地质资料分析，北翼运输大巷属高应力软岩巷道的范畴。北翼运输大巷所处岩层的岩性以灰黑色泥岩为主，泥岩厚度16m，层理和节理发育，受岩层纵横交错节理或裂隙的切割，岩层呈小块状结构，极为松软破碎。原岩的应力平衡状态在大巷开挖后遭到不同程度的破坏，在应力的作用下使得围岩巷道空间收敛变形，进而形成大范围的围岩松动圈。

对于灰黑色泥岩来说，其原始强度比较低，通过综合分析北翼运输大巷围岩岩性特征及其变形特点，本文认为：此类高应力工程软岩的变形对于任何形式的被动支护体系或让压支护体系来说，根本不可能控制。在这种情况下，只能采取适当的措施恢复和提高围岩的自撑能力，同时提高围岩的承载能力，使得抵御深部围岩的变形压力在一定程度上大大增强，进一步有效控制此类软岩巷道的变形。对于锚喷支护，以及传统的支护形式来说，早已无法控制其变形，深部围岩传递的压力难以有效的抵抗，并且产生更大的围岩松动圈。通过注浆加固补强与锚索支护的复合支护体系，进一步对此类软岩变形破坏巷道进行最有效的治理。在解决极松软破碎岩层巷道或硐室支护方面，化学注浆加固技术结合强力锚索支护技术发挥着重要的作用。

3 北翼运输大巷加固总体方案

作为一种新型的加固支护技术，注浆与锚索联合加固支护技术是将现代注浆加固技术、柔性锚索加固技术，以及传统的锚喷支护技术进行综合，融合了各种技术的优势，主要表现为：①注浆与锚索联合加固支护技术与传统锚喷支护技术相比，注入的浆液能够对岩石的力学性质在一定程度上进行改善；在岩石块之间的孔隙中，通过充填浆液，破碎岩石块能够胶结成一体，使得岩体的整体强度进一步提高，同时能够增强岩体的稳定性。②对于锚注联合加固支护体系来说，由于浆液能够与岩体、锚杆进行接触，同时能够完全充填杆体内、杆体与钻孔间隙，进而在一定程度上保证了锚杆受力传递的可靠性和连续性。③经过注浆处理后，杆体中断了与地下水、空气间的联系，锈蚀反应得到进一步遏制，使得锚杆的锚固能力持续时间更长，在一定程度上确保了支护体系的长期性、稳定性。

4 化学注浆加固技术

所谓煤岩体化学注浆加固就是借助化学浆液对围岩（煤层）的裂隙面进行充填和固结，进而在一定程度上提高围岩的整体强度，同时煤岩体自身的承载能力也大大的提升，进一步确保了围岩的稳定性。受注浆压力的影响和制约，进一步将浆液挤压、渗透到围岩之间的裂隙中，在一定时间内进一步凝结和固化破碎的岩石，在松软破碎的围岩内形成网状骨架结构。与松软围岩体本身的强度相比，由于化学注浆固结体的强度比较高，经过注浆处理后，在抗压强度方面，与围岩的抗压强度相比，在围岩裂隙内形成的骨架的抗压强度比较大，并且注浆具有较强的韧性、粘结性，固结体在巷道围应力的作用下，虽然会随围岩发生相应的变形，但是不会遭到破坏，进而与围岩共同承担深部围岩应力的载荷。

4.1 注浆材料 按照材料化学成份的不同，可以将注浆加固材料分为两种，分别为无机材料和有机材料。其中，无机材料主要是水泥类浆液，而对于有机材料注浆浆液来说，品种相对比较多。在有机材料注浆浆液中，应用范围比较广，并且效果比较好的属于波雷因浆液。

4.2 化学注浆加固设备 采用QB——12 型气动高压双液化学注浆泵对化学注浆进行处理，与注浆设备配套的进风管路为Φ25mm 高压风管20m，出浆管为若干根规格为Φ10mm，长度分别10m、5m、2m，总长为40m。

5 底板组合锚索支护技术

对于底板锚索，通常情况下，选用3 根直径为17.8mm钢绞线作为大锚索，单根锚索的强度级别、破坏负荷分别为1860MPa、350.0kN。那么3 根锚索的破坏荷载合计为1050.0kN。锚索锚固范围内的所有岩石在注浆的作用下被胶结加固成一个整体加固拱，进而在一定承担上最大限度地发挥围岩的自承能力，同时对巷道变形进行了遏制。

6 设计巷道注浆参数

6.1 布置注浆孔 在对注浆孔进行设计的过程中，对于化学浆注浆孔来说，通常情况下，其布置参数为：排距、孔距、孔深分别为2.5m、1.5m、2.5m；对于水泥浆注浆孔来说，可以分为浅孔与深孔，其布置参数分别为：排距、孔距、浅孔孔深（深孔孔深）分别为2.5m、1.5m、2.5m（7m）。

6.2 注浆量 岩石性质、破坏状态、注浆压力、浆液性质及粘度等因素对浆液的渗透半径产生不同程度的影响，其变化范围比较大。

式中：γ 为水的容重，g 为重力加速度，s 为浆液剪切强度，h 为注浆压力，a 为岩层的间隙等值半径，β 为时间系数。

在施工过程中，通过对浆液的渗透性、注浆终压等进行调整，在一定程度上确保实际扩散半径不小于孔间距的0.65～0.75 倍，同时确保注浆孔的渗透范围存在一定的交叉。

6.3 水泥浆注浆量 在实际注浆过程中，根据前每个注浆孔的注浆量，可采用神经网络技术结合专用程序软件对后期单孔注浆量进行预测。

7 底板预应力组合锚索施工方案

7.1 施工设备 在锚固施工过程中，通常情况下，底板打眼采用风动潜孔锤钻机。注浆设备选择QB——12 气动注浆泵。

7.2 底板组合锚索规格及钻孔参数 ①底板锚索规格：锚索选用3 根直径为Φ17.8mm、长度为15.5m 的钢绞线作为一束大锚索，头部3000mm 段编制成串珠状，以利固结增强锚索拉力。②钻孔参数：锚索钻孔孔径为Φ90mm；底板破碎时开孔孔径为Φ130mm，下Φ127mm 孔口管，孔口管长度1.5m，然后用直径Φ90mm 钻头打到终孔深度，孔深为15.0m。中间孔为垂直孔，两边孔外摆15°。③锚索布置：采用排式布置方式，锚索排距3m，间距1.5m，采用五花眼布置，配用400×400×16mm 和200×200×12mm 钢托盘各一块。采用锚索张拉器张紧至单根钢绞线80kN。

7.3 锚索布置 采用排式布置，排距3m，间距1.5m。

8 井下主要观测参数与仪器

在观测井下支护质量的过程中，其中涉及到的主要参数包括：围岩表面位移、围岩深部位移、锚索锚固力等。采用锚索测力计观测锚索锚固力，采用断面收敛仪观测巷道表面位移，采用顶板测深仪和六点位移计观测巷道围岩深部位移。

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