中空高强度锚注锚索在金川矿区中的研究与应用

高启波

（金川集团股份有限公司，甘肃金昌737100）

中空高强度锚注锚索在金川矿区中的研究与应用

高启波

（金川集团股份有限公司，甘肃金昌737100）

金川矿区具有大量的不良岩层，岩体结构面十分发育，岩体整体强度低，地应力大。巷道掘进后围岩变形量大，变形速率快，支护体破坏严重。采用中空锚注锚索进行巷道支护，其支护系统刚度大，锚索的载荷传递特性好，同时利用锚注一体工艺，实现全长锚固，提高了索体的单根承载能力，具有很高的抗剪能力。在金川矿区高地压、破碎围岩巷道中的研究使用，有效控制了巷道的变形破坏，延长了巷道的使用寿命，巷道支护成本显著降低。

中空；锚索；注浆；压力

目前，金川矿区随着采矿量的增大，开采深度的增加，巷道围岩的压力也越来越大，尤其巷道位于采动影响、软弱膨胀岩层和破碎带等不稳定岩体中，围岩弱面发育，使得巷道围岩稳定性差，这就给巷道围岩控制和维护带来了极大的困难。在这些复杂困难条件下，采用常规的喷锚网及U型钢筋拱架支护，往往支护效果不尽人意。

锚注支护技术在矿山和岩土工程中得到广泛应用，工程实效也很显著，尤其在软弱岩层支护中发挥了很大的作用。中空锚索支护是将锚固技术与注浆加固技术的结合，利用中空的锚杆/锚索兼做注浆管，在保证全长锚固的前提下，利用注浆材料改变围岩的性质，提高围岩的强度和自承能力，保持巷道的稳定［1－2］。随着锚注支护技术的应用和发展，高性能支护材料也不断出现，高强锚注支护技术代表着新的发展方向［3］，金川矿区积极引进新型的采用螺旋肋预应力钢丝制造的树脂（机械）端锚＋后期注浆全锚的笼型锚索，进行了探索与试验，效果较明显。

1 工程概况

龙首矿1 235m分段道是1 220m中段开拓的最后一个分段道。该分段巷道位于上盘花岗岩、混合岩和二辉橄榄岩中，矿体围岩主要为二辉橄榄岩、片麻岩、大理岩，围岩经过多次构造运动的挤压和剪切作用，软弱破碎，流变性强，赋存较高的残余构造应力，巷道掘进后，岩石稳定性差。同时该工程受上部分段（1 260m）采矿扰动影响较大，且本分段与1 220m中段的垂直距离仅15m左右，部分地段不足12m。分段工程中又主要包括分段联络道、沿脉道、分层联络道、溜井联络道以及变电、维修硐室等，工程布置比较密集，围岩变形十分剧烈。

1 235m分段道工程开工时，设计支护形式根据金川矿山改扩建工程施工的经验，主要支护形式为双层喷锚网，局部地段采用U25钢拱架支护或单层喷锚网＋钢筋砼支护。虽然支护形式解决了巷道施工时的围岩变形，但巷道掘进成型后，来压快、开裂变形严重（如图1、2所示），需进行多次返修，才能确保巷道的使用。

图1 1 235m分段巷道硐室变形状况Fig.1 The deformation of chamber on 1 235m sublevel roadway

图2 1 235m分段巷道局部变形状况Fig.2 The local deformation of 1 235msublevel roadway

为了有效控制工程施工后围岩位移，确保分段道的稳定性，充分利用围岩自身的承载能力，保证工程质量［4］，在原有一次喷锚网支护的基础上，进行了中空锚索锚注加固围岩支护，并辅以喷射混凝土封闭围岩［5］。特别是维修硐室，由于巷道断面大，采用原双层喷锚网支护后，巷道变形严重，现场进行锚索锚注加固支护后，硐室较稳定，达到了预期效果。

2 中空高强锚注锚索支护工艺技术

2.1 中空锚注锚索的主要技术参数

中空锚注锚索的主要技术参数如下：钢丝直径6.0mm；锚索索体直径26mm；长度系列6 000～8 000；安装孔直径55～65mm；强度及破断力为1 760MPa和400kN；树脂锚固长度1 000～1 500 mm；注浆压力不低于5.0MPa。

2.2 施工材料及机具设备

施工材料及机具设备如下：Ф26mm×8 000 mm的锚索，包括涨壳端锚、树脂端锚；MZ4250树脂锚固剂；ACZ－1型水泥注浆添加剂；42.5R硅酸盐水泥若干；一套配套张拉机具；一台气动搅拌机；注浆连接器和搅拌器；

气动或电动注浆泵，注浆压力不低于7.0MPa。

2.3 施工工艺

1）凿孔。巷道一次喷锚网支护结束后施工中长锚索，首先对Axera6－240凿岩台车推进梁和卡钎器进行技术改造，使之能满足巷道断面4.5m×4.2 m至6m×6m（高×宽）范围内中、深支护孔的凿岩能力，解决传统长锚索孔凿岩机械化程度低、效率低的问题。选用Φ38mm×1800mm钎杆和配套联结器，配Φ57mm十字合金钎头，成孔直径Φ60mm，钻孔深度8.0m；用砂轮切割机或锚索剪断器将钢绞线切割至8.3m，预留外露长度300mm，手工将钢绞线送入锚索孔。

2）注浆。中空锚索（机械端铆和树脂端铆各10个）安装，由于其自带注浆孔和排气孔，故在注入时不加入注浆管及排气管，施工效率高。中空锚索注浆饱满后（注浆至终压4～6MPa），立即加上注浆孔的螺丝。这种锚固方式既可满足全长锚固的需要，同时水泥浆又可以通过长锚索孔壁四周的裂缝渗入围岩，对围岩起到加固的作用，水泥为42.5级普通硅酸盐水泥，水灰比为0.4～0.6，水泥浆充满钻孔，拆除注浆管后立即封闭注浆管口。

3）安装。注浆后，凝固72h以后，安装垫板和锚具。锚具采用两个QLM15型单孔或双孔锚具，在安装过程采用锚索拉拔机张拉锚索，给锚索施加预应力，将垫板紧贴岩面后用锚具压紧，锁紧锁片，防止锚索受力后锚具滑动。

巷道掘进，清理掌子面，喷浆50mm→打锚杆、铺钢筋网（一次支护）→标记锚索孔位→Φ57mm钻头开孔→台车钻机成孔，孔深7 700mm→清孔→插入锚索→连接注浆系统，逐孔注浆至终压（4～6MPa），!安装锚索托板、锁具15min后张拉预紧锚索至250kN→再喷混凝土100mm。

2.4 高强度中空注浆锚索优点

1）索体上部为机械（树脂药卷）端锚，下端采用特制高强度防滑锁具锁紧，安装后能立即承载，发挥整体支护作用。

2）采用全新索体结构，承载力大，索体结构满足高压注浆的要求，并实现锚注一体化。

3）索体为笼型中空结构，自带注浆芯管，采用反向注浆方式，不仅消除了产生气穴的可能，保证锚固浆液充满钻孔，而且省去了排气管和注浆管专用接头（直接利用螺纹锁紧机构作为注浆管接头），施工工艺简单。

4）注浆可以安排在迎头后方，将一定范围的锚索一次注完。

3 中空高强度锚注锚索在金川矿区的应用

1）龙首矿1235分段道维修硐室一次施工后进行锚注锚索的施工，经过2个月的长期观测，发现巷道宽度平均减小0.014m，其中最大减小0.043 m，最小变化0.009m；最大高度平均减小0.015m，其中最大减小0.020m，最小变化0.012m。前2周变化明显，2周后变形减缓，在2个月后巷道断面基本保持稳定，见表1。

表1 1 235m分段工程施工巷道断面实测Table 1 The tunnel cross－section of construction on 1 235msublevel roadway/mm

2）锚索凝固后利用长锚索张力千斤顶进行了拉拔测试，施加的拉拔力为60MPa，拉拔受力后锚索未发生变化，其受力情况稳定，见表2。

表2 锚索拉拔记录表Table 2 The record of anchor cable drawing

4 效果分析

通过对维修硐室支护施工和矿压观测，其支护效果是非常明显的，利用多点位移计观测围岩深部位移情况（图3）可以看出，锚注支护之后围岩裂隙不再发展，深部几乎没有位移变化，浅部从顶板向上0.8m范围内岩体破碎发生离层现象，但是位移不大，只有45mm，总体锚注支护效果很好。

图3 多点位移计观测曲线Fig.3 Curve of multipoint displacement

对巷道修复前后巷道变形量和围岩情况进行观测对比，使用中空注浆锚索加固巷道，对维护巷道稳定性起到了积极的作用。通过对维修硐室采取锚注加固技术［6］，将锚固、注浆加固一体化，改变围岩的松散结构，提高黏聚力和内摩擦角，使岩体强度显著提高，改善破碎围岩的物理力学性质。注浆加固可以为锚杆提供可靠的着力基础，使锚杆对松软破碎围岩的锚固作用得以发挥，形成整体的承载结构，有效控制巷道围岩，可以保证巷道在服务期间内正常、安全地使用，如图4、5。维修硐室采用锚注加固支护技术取得了良好的经济效益和社会效益。

图4 中空注浆锚索试验效果图Fig.4 Results of hollow grouting anchored cable

图5 锚索施工试验巷道支护效果Fig.5 Supporting effect of roadway

1）有效控制了巷道顶板下沉量和两帮移近量。锚注技术将原本易破碎的泥岩用水泥固化在一起，即改变了泥岩遇水易膨胀、强度低的缺点，又使顶板和两帮固结成整体，提高承载能力，减小巷道变形量［7－8］。

2）采用锚索锚注相结合的方式，巷道整体稳定性强，同时抑制底鼓发展。试验结果表明，锚固后的底板能够承载更大的由顶板转移下来的水平应力。

3）预应力长锚索技术有效地保证了围岩的稳定性。利用双股锚索强大的抗拉强度能够对破碎围岩产生夹持作用，相当于增加了岩体围压，提高了岩体抗压强度，间接保证了维修硐室的安全。

4）维修硐室二次支护采用锚注锚索施工，在保持巷道稳定的同时，减少了巷道的返修。20m巷道硐室每年可节省巷道返修量80m3，节省返修费用10万元。

5 结论

1）中空注浆锚索索体为中空结构，自带注浆管，索体最大外径为26mm，利用锚杆钻机施工Ф32 mm钻孔即可满足要求，实现了小孔径、大吨位锚注一体化。

2）中空注浆锚索采用内锚外注的方式。索体上端采用树脂药卷端锚，下端采用螺纹锁紧，安装后能立即承载，并施加一定的预应力，这对于封孔、安全施工十分有利。

3）锚索采用反向注浆方式，保证锚固浆液充满钻孔，初步统计一袋水泥可注两条锚索，在保证注满孔的前提下，浆液也很好地扩散，固化了破碎的围岩，提高了整体强度。

4）中空注浆锚杆外形带有左旋标准波形螺纹，可以与钻头直接连接，在破碎塌孔地段兼作钻杆使用。

5）使用一定量的注浆添加剂可使注浆液达到减水、微膨胀和泵送阻力小的效果。

［1］高启波.锚注、锚杆、锚索联合支护技术的应用［J］.中国有色金属，2010（22）：66－67.

［2］肖长春，孔翔.高强锚注技术在深井软岩巷道的应用［J］.煤矿支护，2012，16（3）：13－16.

［3］盖增雪.中空注浆锚索在巷道加固中的应用［J］.煤炭工程，2011，5（2）：35－39.

［4］王连国，李明远，王学知.深部高应力极软岩巷道锚注支护技术研究［J］.岩石力学与工程学报，2005，24（16）：2889－2893.

［5］武鹏飞，田取珍.构造破碎带巷道注浆加固技术［J］.采矿技术，2010，10（6）：24－25.

［6］柏建彪，侯朝炯.深部巷道围岩控制原理与应用研究［J］.中国矿业大学学报，2006，35（2）：145－148.

［7］陶林.矿井软岩巷道注浆加固过程及效果分析［J］.矿业安全与环保，2008，35（增刊）：46－47.

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Study and application of high strength hollow grouting anchor cable in Jinchuan Mine

GAO Qibo
（Jinchuan Group Co.，Ltd.，Jinchang Gansu 737100，China）

Jinchuan mining area has a lot of bad strata，the structural of rock mass is very development，and the intensity of overall is low，the strata stress is large.After the roadway excavation，the surrounding rock deformation is large，and the deformation rate is fast，the supporting entities damage is serious.With hollow grouting anchored cable for roadway support，its supporting system stiffness，load transfer characteristic of anchor cable is good，at the same time use the bolting and injecting technology is used to realize the full length anchorage，improve the bearing capacity of single rope body，and obtain high shear capacity.Research and application of high strength hollow grouting anchor cable in high strata stress and crushed surrounding rock of roadway，the deformation of roadway damage is effectively controlled.The service life of the roadway is prolong，the roadway support costs is significantly reduced.

hollow；anchor；grouting；pressure

TD353

Α

1671－4172（2015）02－0075－04

10.3969/j.issn.1671－4172.2015.02.017

高启波（1968－），男，高级工程师，采矿工程专业，主要从事金属矿床采矿技术与管理工作。