深孔高强锚注技术在深井巷道修复中的应用

郝笑甜

(重庆工商职业学院 建筑工程学院，重庆 400052)



深孔高强锚注技术在深井巷道修复中的应用

郝笑甜

(重庆工商职业学院 建筑工程学院，重庆 400052)

为研究深孔高强锚注加固技术在深井巷道修复中所发挥的作用，基于淮南潘一矿东区11-2采区轨道上山实际地质条件，辅助电子窥镜观测技术对该区域支护失效及围岩破坏原因进行分析，提出采用深孔高强注浆锚索进行巷道修复的技术方案。通过采用多点位移计、电子窥镜等观测手段进行监测，结果表明：深孔高强锚注加固技术能够有效控制巷道围岩变形、充填破碎围岩；采用锚注支护后，巷道顶板及两肩窝变形量最大约为1～2mm，巷道变形得到了有效控制；深孔高强锚注加固技术对松动范围和松动程度都比较大的应力集中区巷道围岩具有良好的加固修复作用。

高强锚注锚索；巷道修复；高地应力；破碎围岩；围岩变形

近年来，锚注加固技术得到了很大发展，这为解决深井复杂困难条件下的巷道支护问题提供了一条新的技术途径，也为联合支护提供了一种新的选择[1-4]。采用注浆锚杆加固破碎围岩，使锚杆的支护作用与浆液的固结作用得到有机结合，在对围岩提供支护阻力的同时，又增加了其黏结力和内摩擦角，使岩体强度显著提高[4-6]。此外，由于浆液封闭了裂隙，阻止了水对岩体的侵蚀以及空气对岩石内部的风化作用，有利于巷道围岩的长期稳定，为发挥岩石自身承载能力抵御高应力的持续作用创造了条件。深孔高强锚注锚索的加固范围以及所能提供的支护阻力远远超过了国内以往进行锚注加固法时所沿用的普通钢管注浆锚杆，它的快速发展使我国锚注加固技术到了深孔高强锚注新阶段，锚注加固的效果和适用范围也因此获得了质的飞跃，为解决一些过去认为难以解决的巷道支护难题提供了可能[7-9]。然而这种锚注技术的工程实践及相关研究较少，本文针对此情况，结合现场实践对其在深井巷道修复中的作用进行研究，通过变形监测及钻孔窥视研究支护前后巷道及围岩变化，对今后的深孔高强锚注工程具有指导意义。

1　工程概况

潘一矿东区采掘活动受深井高应力影响比较严重，巷道支护普遍困难。实测结果表明，潘一矿东区水平应力达到20～28.8MPa，垂直应力一般在20MPa以上，巷道开挖后最大扰动偏应力可达60～80MPa[10]，而岩体的单轴抗压强度多在20MPa以下。围岩承受的高地应力与其自身低强度之间的突出矛盾导致深部巷道开挖后围岩由表及里快速劣化，裂隙快速萌生扩展，一定范围内的围岩破坏失稳进入峰后或残余强度阶段，超出围岩强度的应力向深部转移，巷道围岩因碎胀和扩容产生强烈的大变形而失稳破坏。

为研究深孔高强锚注技术在巷道修复中的作用，在潘一矿东区巷修工程中应用深孔高强锚注锚索进行试验。试验巷道选在受高应力影响比较典型的巷修巷道11-2采区轨道上山中段、下部轨道车场段进行，巷道平面布置如图1所示。巷道埋深在800m左右，采用架棚加锚索注浆加固的方法。

图1　巷道平面布置

2　现有支护状况分析

通过对潘一矿东区西一11-2采区轨道上山进行高清数字电子窥镜观测，对试验巷道围岩破坏范围及破坏程度进行评价。选取2个钻孔进行摄像观测，其中1个钻孔布置在巷道顶板中央，1个钻孔布置在巷道肩窝，钻孔深度约为9m。电子窥镜观测结果如图2所示。

结合电子窥镜观测结果来看，潘一矿东区西一11-2采区轨道上山围岩破坏的典型特征是：巷道围岩本身强度并不低，破坏在很大程度上是由高应力引起的。巷道顶板及肩窝岩体出现张开性离层或破裂面的层位以及发育形态与围岩松动圈理论中关于巷道围岩松动圈分布形态和规律有很大不同。从高清钻孔窥视仪观察结果来看，巷道围岩内部的破碎、离层和裂隙分布特点和发育程度与层位有特定的关系，在各个观测孔中均能清晰、明显地分辨出整体性较好的层位，且出现破碎的层位只与岩性有关。

图2　锚注加固试验段围岩变形

通过对试验巷道采用水压致裂法进行地应力测试发现，试验巷道垂直孔最大水平主应力值在29.41～31.30MPa之间，最小水平主应力值在18.20～19.60MPa之间；与试验巷道水平孔垂直平面上，最大主应力值在28.86～30.51MPa之间，最小主应力值在20.50～22.70MPa之间。

西一11-2采区轨道上山围岩岩石本身的强度并不低，但受高应力的长期持续作用，表层比较破碎，顶板岩层多个层位产生离层，另外，肩窝部位围岩内部的破裂、裂隙等也非常发育。因此，普通架棚及锚网支护是无法适应此类巷道。同时，由于大量离层、破裂面所形成的自由空间，采用普通锚索补强也很难获得预期效果。

3　设计方案

根据对11-2采区轨道上山巷道失稳变形破坏特征研究分析，结合相关理论及工程实践，提出采用中空注浆锚索高强锚注加固补强支护措施。锚注加固支护设计方案如图3、图4所示。

图3　11-2采区轨道上山锚注段锚索布置参数

图4　11-2采区轨道上山锚注段锚索布置俯视

11-2采区轨道上山支护方案为顶板打设3根中空注浆锚索加强支护，呈放射形布置，锚索型号为φ22mm×9300mm，间距1600mm，排距1800mm，锚索钻孔直径φ32mm，打孔深度为9000mm，每孔各放1卷K2350和1卷Z2350锚固剂。

巷道两帮各打设1根深孔高强锚注锚索，帮锚索型号为φ22mm×6000mm，帮锚索与底板距离1100mm，排距1800mm，锚索钻孔直径32mm，打孔深度为5700mm，每孔各放1卷K2350和1卷Z2350锚固剂，锚索设计按垂直巷帮布置。考虑到两帮打深孔有一定难度，现场打设钻孔时，允许与水平呈10°角上扬或10°角下扎。在锚注施工过程中，配合声波探头多点位移计观测、离层仪检测以及电子窥镜等仪器的观测来验证方案合理性。

中空注浆锚索施工工艺主要分为六大部分：打设钻孔、锚索安装与封孔、注浆设备安装、配料、注浆和设备清洗。与普通锚索相比，中空注浆锚索高强锚注技术中主要有封孔和滞后注浆两部分不同。钻孔打好后，进行中空注浆锚索的安装及封孔

施工，安装前先安装止浆塞到距锚索端头约300mm处，封孔后应注意检查封孔质量。注浆前先采用树脂进行端锚，千斤顶张拉后通过锚索内芯管道进行反向注浆，通过浆液充填锚索与岩体间隙从而实现全长锚固。注浆时，每排自两帮最下部的中空注浆锚索开始逐根向上进行。

4　加固效果观测与分析

4.1变形监测

在锚注加固段和未锚注加固段分别安设1组围岩变形观测站，采集巷道变形量数据结果，用于对比、验证锚注支护效果及根据观测结果及时修改锚注支护参数。每组综合观测站分别安装3套声波探头多点位移计，用于采集顶板下沉量及两帮位移量。多点位移计安装如图5所示，监测数据如图6所示。

图5　多点位移计布置

图6　锚注加固前后变形对比

由图6(a)～(b)可以看出，原支护方案顶板最大下沉量达到110mm，主要离层部位处于3.5m处和5.5m处，而且巷道仍未稳定，仍在继续破坏，平均每天下沉量达5mm。经过锚注支护后，锚注范围内围岩几乎不再变形，变形范围不到1mm，围岩达到稳定状态。由图6(c)～(d)可以看出，原支护方案右帮最大位移量达到123mm，主要离层部位处于1.5m处、3m处和5.5m处，而且巷道仍未稳定，仍在继续破坏，平均每天位移量6.1mm。锚注加固段右帮围岩变形较小，不超过1mm。由图6(e)～(f)可以看出，原支护方案中，由于未进行锚注支护，左帮围岩偏移量最大达到55mm，主要离层部位处于3.5m处和6.5m处，而且巷道仍未稳定，仍在继续破坏，平均每天位移量2.7mm。经过锚注支护，围岩变形量明显降低。

综上所述可以看出，采用深孔高强锚注支护后，巷道顶板及两肩窝变形量最大约为1～2mm，巷道基本未发生变形，深孔高强锚注技术取得了很好的支护效果。

4.2钻孔窥视

试验巷道锚注支护前后巷道观测结果见图7。

由图7可以看出，通过锚注支护，可以有效充填裂隙，将破碎围岩胶结成一个整体，并提高围岩自身稳定性，锚注支护取得了很好的支护效果。

图7　深孔高强锚注支护前后巷道围岩变形

4.3效果分析

与传统树脂端锚锚索相比，中空注浆锚索高强锚索技术具有显著的优越性，这是由其结构特点及力学特性决定的。首先，锚索索体前端采用树脂药卷进行锚固，尾部则使用特别定制的高强防滑锁具进行固定，初期固定后采用高压注浆实现全长锚固。这种结构具有更为良好的力学性能，可积极调动围岩的自承载能力，从而更能显著提高锚索及围岩锚固体的整体刚度及抗剪切能力。其次，中空注浆锚索采用笼型中空结构，索体中带有注浆芯管。在注浆施工时采用反向注浆模式进行高压注浆，这种注浆方式一方面可以使浆液充分充填注浆芯管、钻孔及围岩裂隙，减少浆液中气泡的产生，另一方面不必使用排气管和注浆管专用接头，从而极大地简化了施工步骤，缩短了施工时间。

5　结　论

对于巷道维修，中空注浆锚索高强锚索技术在潘一矿东区产生良好支护效果，其主要成果有：

(1)潘一矿东区11-2采区轨道上山巷道在高应力的持续作用下，破碎严重且裂隙非常发育，已无法满足巷道使用要求，采用深孔高强锚注锚索进行深孔注浆，大大加强了支护强度。

(2)在未进行锚注支护的情况下，巷道顶板、左帮、右帮变形量分别达到110mm，55mm，123mm。进行锚注支护后，11-2采区轨道上山围岩变形量均不超过3mm。采用钻孔窥镜观察发现通过锚注支护，可以有效充填裂隙，说明深孔高强锚注支护对于治理11-2采区轨道上山深井高应力巷道起到了显著的效果。

(3)深孔高强锚注支护对松动范围和松动程度都比较大的应力集中区巷道围岩进行锚注加固具有很好的效果。

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[责任编辑：林健]

Application of Deeply Hole High Strength Bolt-grouting Technique on Roadway Repairing in Deep

HAO Xiao-tian

(Civil Engineering and Architecture College，Chongqing Technology & Business Institute，Chongqing 400052，China)

In order to study the mechanism of deeply hole high strength bolt-grouting reinforcement technique to roadway repair in deep，base on the practical geological situation of track roadway of 11-2 mining area in eastern part of Panyi coal mine of Huainan，and supporting invalid reasons and surrounding rock broken reasons were analyzed by electronic introscope ，and roadway repair scheme with deeply hole high strength grouting cable was put forward.Then monitored with multi-point extensometer and electronic introscope ，the results showed that surrounding rock deformation could be controlled effectively，the broken surrounding rock could be filled effectively also，the maximal deformation of roof and side to side were about 1～2mm，roadway deformation was controlled effectively，the reinforcement technique has favorable effect for roadway surrounding rock in stress concentration area with large loose scope and degree.

high strength bolt-grouting cable；roadway repair；high in-situ stress；broken surrounding rock；surrounding rock deformation

2016-04-15

河北省教育厅基金(Z995048)

郝笑甜(1988-)，女，辽宁沈阳人，教师，研究方向为防灾减灾及防护工程。

TD353

A

1006-6225(2016)05-0044-04

[DOI]10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2016.05.013

[引用格式]郝笑甜.深孔高强锚注技术在深井巷道修复中的应用[J].煤矿开采，2016，21(5)：44-47.