破碎围岩巷道注浆锚索支护技术应用

2016-05-18张殿振

中国煤炭工业 2016年11期

文/张殿振颜磊

破碎围岩巷道注浆锚索支护技术应用

文/张殿振颜磊

煤矿巷道托顶煤、复合顶板、过老巷等顶板维护较为困难，尤其受采动影响的巷道、软弱岩层和破碎带，由于巷道位于不稳定岩体中，巷道围岩的“挤、压、鼓”现象更为严重，使得围岩强度和稳定性差，采用常规的锚杆、锚索进行支护，支护效果不理想，后期需扩修复棚加固，综合投入较大。2016年，山东能源新矿集团孙村煤矿分别在 2416回风巷、2420运输巷、21122回风巷、2216运输巷等地点对注浆锚索支护技术进行工业性试验，截至10月份，累计使用注浆锚索16026套，支护巷道 15610米。该技术代替了普通锚索+架棚支护方式，一次支护一次成型，节约了二次支护和补强支护的成本，实现本质安全型支护，总体效果显著。

一、原巷道支护方式及缺陷

1．原来巷道采用锚网带支护配合普通锚索加固，随着压力增加，巷道顶帮移近量较大，最后复棚加固。

2．巷道托顶煤、过断层施工时前后5米复棚加固。

3．复棚加固成本较高，复棚时打破正常生产组织，降低了施工效率。

二、注浆锚索支护技术原理

1．采用注浆锚索注浆，可以利用浆液封堵围岩裂隙，隔绝空气，防止围岩风化，且能防止围岩被水浸湿而降低围岩本身强度。

2．和普通锚索有着相同的施工安装工艺，注浆锚索核心技术就是注浆二次加固，利用高压泵，把破碎围岩的缝隙和孔体充实；注浆后浆液将松散破碎的围岩胶结成整体，提高了岩体强度和内聚力、内摩擦角及弹性模量，从而提高了岩体强度，可以实现利用围岩本身作为支护结构的一部分，且与原岩形成一个整体，使巷道保持稳定而不易破坏。

3．利用注浆锚索注浆充填围岩裂隙，配合锚网支护，可以形成一个多层有效组合拱，即锚网组合拱、锚杆压缩区组合拱及浆液扩散加固拱，从而扩大了支护结构的有效承载范围,提高了支护结构的整体性和承载能力。

4．注浆后使得作用在顶板上的垂直载荷能有效地传递到两帮，通过对帮的加固，又能把荷载传递到底板；同时由于组合拱厚度的加大使得作用在底板上的荷载集中度降低，从而减小底板岩石中的应力，减弱底板的塑性变形，减轻底臌；且底板的稳定，有助于两帮的稳定，在底板及两帮稳定的情况下，又能保持顶板的稳定。

三、注浆锚索支护工艺要点

1.布置方式

注浆锚索布置方式可根据顶板岩性不稳定程度，选择不同布置方式。复合顶板、托顶煤、过断层以及压力区施工可选择 “一排锚杆+一排锚索”，顶板破碎离层严重顶板可采用全锚索支护。

2.注意事项

（1）严格按照步骤安装止浆塞，利用推管将止浆塞送到指定位置，挤压止浆塞，止浆塞变形变粗与孔壁接触紧密，起到防止漏浆效果。

（2）注浆浆体采用32.5MP普通硅酸盐水泥，水灰比1∶1.5，浆液中掺加ACZ-1水泥注浆添加剂，添加量为水泥重量的8%。水泥注浆添加剂具有早强剂、超塑化剂、微膨胀成分等，使水泥基锚注加固注浆材料具有较好的早强与高强、自流态、微膨胀和耐久性等优良性能，从而改善锚注加固的效果。

（3）注浆方式根据顶板破碎程度而定，可以当班安装当班注浆，也可滞后注浆。

四、注浆锚索使用效果

1.支护效果

为进一步验证支护效果，分别在孙村煤矿2416回风巷、2420运输巷设点检测，对注浆锚索支护与普通锚网索支护及复棚加固等支护效果进行对比分析。顶板离层情况使用顶板离层仪测试，顶底板移近量与两帮移近量采用 “十字”测点法测试，检测总移近量，结果见表1、表2。

表1 2416回风巷观测总的移近量数据整理表

表2 2420运输巷观测总的移近量数据整理表

通过对观测数据对比分析可知：

2416回风巷使用注浆锚索，相比普通锚网索支护，顶底板移近量降低80%，两帮移近量降低了62.5%。相比复棚加固，顶底板移近量降低73.5%，两帮移近量降低了62.5%。

2420运输巷使用注浆锚索，相比普通锚网索支护，顶底板移近量降低84%，两帮移近量降低了76.2%。相比复棚加固，顶底板移近量降低80.6%，两帮移近量降低了75.6%。

综合数据分析，使用注浆锚索加固后，对顶板加固效果明显，顶板围岩稳定，整体力学性能显现，减少了两帮水平应力，使巷道整体变形降低达到70%左右，效果明显。

2．经济效益

锚杆支护巷道采用注浆锚索加固，一般按间隔一排布置3根锚索支护；采用复棚加固，则按照每两排复一架棚。按注浆锚索每套172.65元，平均每根锚索注1袋水泥，每袋水泥15元,工字钢棚每架1200元，半圆木每根 12元，每架棚用半圆木15根，则每两排减少费用为：(1200+12×15)-(172.65+15) ×3=817.05元。

由此可见，采用注浆锚索加固比采用复棚加固费用大大降低，减少了整体支护成本。

3．人工工效

采用复棚加固方式，巷道断面往往需要改变；同时，施工人员抬运棚、挖腿窝、穿顶腰帮并固定棚，需要人员多，施工工序较复杂。而采用注浆锚索加固，因注浆锚索施工工艺与锚杆施工工艺相同，虽增加了注浆，工序相对简单，需用人员少。另外，原来深部破碎围岩施工，巷道后期修复卧底工作量大，使用人员多。注浆锚索注浆加固形成二次加固，巷道变形量大幅下降，巷道不再进行修复，减少了后期工作量，提高了人工工效。