注浆锚索在深井巷道支护中的应用

2015-08-15阮庆胜

科技视界 2015年7期

阮庆胜

（中煤第五建设有限公司第三十一工程处，河北邯郸056003）

1 工程概况

某矿井，井田面积144.89km2，设计生产能力为3.0Mt/a，服务年限60年。矿井采用立井开拓，主、副、风井筒均布置在同一工业广场内,井口设计标高+45.000m，1301综放工作面是该矿井的第一个工作面，该工作面宽度150m，推进长度931m，煤厚3.60～5.74m，平均4.67m，该工作面煤层底板标高为-880～-940m，实际煤层埋藏深度为900～980m。

2 注浆锚索支护

注浆锚索支护在大断面硐室、交岔点、断层破碎带、巷道应力集中区以及受动压影响严重的巷道均有应用。

2.1 锚索

该锚索为中空注浆锚索，采用螺旋预应力钢丝加工的内有注浆管（塑料管）的螺纹紧固锚索，锚索公称直径22mm，长度6m，破断力420KN，安装孔径28mm。锚索间排距2400×1600mm，锚索孔深度5700mm，锚索外露长度不超过300mm，采用MSCK2340型及MSK2340型锚固剂各1支进行锚固，托盘采用20×220×220mm钢板制作。

2.2 注浆材料

注浆用的水泥浆采用普通525#硅酸盐水泥，水灰比1：2，注浆时添加ACZ-1型水泥注浆添加剂，封孔采用橡胶塞。主要技术指标：①膨胀率 0.5～0.8%；②1d 抗压强度：25MPa，28d 强度 72MPa；③ACZ-1型水泥注浆添加剂添加量为水泥量的8%；④添加剂对钢筋无锈蚀，无毒害成分，对环境无污染。

2.3 主要设备

①MQT-130型锚杆钻机，用于打顶部锚索孔及安装锚索。

②钻头：金刚石钻头。

③注浆泵：采用MG-150型风动注浆泵，主要技术参数如下：

气源压力：0.5～0.63MPa；气缸直径 Φ150mm；

输出压力输出压力：7MPa；出浆量：60L/m；

耗气量：50m3/h；重量：17.1kg

④水泥浆搅拌机采用风动搅拌设备。

3 参数确定

3.1 巷道顶部支护

锚杆规格：采用Φ22让压锚杆，锚杆长度2400 mm，尾端配套高强度托盘、M22螺母。

锚杆锚固方式：树脂药卷加长锚固，锚杆孔直径30mm，锚固长度950mm，采用一支为K2335和一支Z2360锚固剂端头锚固，每排拱顶部布置5根。

托板：采用150×150×10 mm高强度托板。

锚杆布置：矩形布置，锚杆间排距均为800mm。锚杆与巷道轮廓线垂直布置。

金属网：采用10#铁丝编织、网孔50×50mm、菱形金属网，网片尺寸为900×2600mm，用铁丝双排扣连接牢固，连接点间距不大于200mm。

鸟窝锚索：规格Φ17.8×7300mm，采用一支 K2335和两支 Z2360树脂药卷端头锚固，锚索间排距为1200×1600mm，外露≤250mm，锚索必须垂直巷道顶板，锚索锚固力必须达到200kN以上，托板为300×300mm的蝶形托板。

3.2 巷道帮部支护

锚杆规格：采用Φ22让压锚杆，锚杆长度2400mm，尾端配套高强度托盘、M22螺母。

锚固方式：树脂药卷加长锚固，锚杆孔直径30mm，锚固长度950mm，采用一支为K2335和一支Z2360锚固剂端头锚固，每排两帮部各布置3根。

托板：采用150×150×10mm高强度托板。

锚杆布置：矩形布置，锚杆间排距均为800mm。锚杆与巷帮垂直布置。

金属网：采用10#铁丝编织、网孔50×50mm、菱形金属网，网片尺寸为900×2600mm，用铁丝双排扣连接牢固，连接点间距不大于200mm。

鸟窝锚索：规格Φ17.8×4300mm，采用一支K2335和两支 Z2360树脂药卷端头锚固，锚索间排距为1200×1600mm，外露≤250mm，锚索必须垂直巷道顶板，锚索锚固力必须达到200kN以上，托板为300×300mm的蝶形托板。

4 注浆加固方案及工艺设计

4.1 注浆加固材料

选用物理方法，材料是水泥+水+水玻璃。配比1：1～0.8：2～3%。

4.2 注浆加固工艺

①注浆系统选择：考虑井下施工条件限制，选择双液注浆系统；

②注浆时机的选择：及时注浆能使围岩保持较高的承载能力，有效约束围岩变形。根据巷道的变形一般规律，掘后2-3天内其变形量为5～15mm，此时注浆其后续变形将由于围岩被加固而受到有效控制，故注浆越及时，控制效果越好，从注浆作业方便和尽量发挥注浆加固的作用出发，确定工业性试验中的注浆加固在巷道施工前进行对围岩注浆，后每施工一遍及时对巷道进行注浆加固；

③注浆孔深度。由于注浆对裂隙宽度有-定的要求，而围岩裂隙宽度由外往里逐渐变小，一般地注浆孔深度应小于裂隙发育围岩深度，因此，根据裂隙发育的经验公式计算出注浆孔深度4m；

④注浆孔布置：已巷道轮廓线布置，排距1.0m，间距1.0m；

⑤注浆压力。注浆终压控制在l～3MPa之间。注满后，浆液停止不动，保持终压不变，维持l～3min，以保证注浆充填程度和密实性。

5 使用效果与发展方向

（1）通过对巷道注浆加固，使巷道周围的围岩有效的结合为一个整体，有效地提高了巷道整体的支护强度。

（2）通过对巷道注浆加固:①提高了施工中的安全系数；②提高了岩体承载强度，实现了利用围岩本身作为支护结构的一部分；③提高了施工速度和劳动效率；④降低了施工中的安全隐患；⑤锚网喷注耦合支护后由于浆液和围岩的相互作用还在继续，浆液还没有完全发挥其充分作用。一开始围岩也有少量变形但很快趋与平衡，此时的顶底板位移曲线近于一条直线，说明巷道围岩基本稳定，围岩变形量不会随时间继续变大，围岩稳定性明显增强，5周内有小的变形，帮壁内移量只有6mm左右，5周后，巷道围岩不发生位移，这显示出水泥浆的固化作用。

（3）与锚喷支护相比，由于锚网喷注耦合支护时注浆既加固了围岩，又给锚杆提供了可靠的着力基础，使围岩强度和承载能力得到显著提高，巷道变形量明显降低，是一种非常好的主动支护形式，可以较好地解决深部软岩巷道的支护问题。

（4）将锚网喷注耦合支护技术应用于高应力软岩巷道，为解决类似条件下巷道支护问题提供先进技术。

（5）根据以前的注浆经验，个别区域由于软岩孔隙少，泥质成分高等原因，注浆困难，注浆量小，在今后的工作中应研究不同类别软岩炮后最佳注浆时间，还要研究增加孔隙度的管路压裂技术可否应用加固软岩的注浆工艺上，以进一步提高围岩强度。