注浆锚杆支护施工技术在矿井开采工程施工中的应用

周东升

（平煤神马建工集团有限公司建井一处，河南 平顶山 467000）

1 注浆锚杆支护施工技术在矿井建设施工中的应用

随着矿井开采水平的延伸，我国多数矿井相继进入深部开采，矿山压力显现加剧、变形速率快、变形量大，矿带结构不稳定[1]，目前的锚网喷或锚网索喷+壁后注浆支护后，矿井矿柱变形仍然比较严重，特别是随着断面的增大，顶板下沉、侧压、底鼓现象比较突出，支护难度大且支护成本高，严重制约着矿井的安全生产[2]。为确保施工安全，减少维修工程量，降低维修费用，保证矿井内的持续稳定，避免采区延迟投产，需要寻求一种更加合理的、满足现状的支护形式，高地应力大断面矿井综合支护技术研究成为目前矿井安全建设所面临的迫切任务之一。

1.1 注浆锚杆支护机理

注浆锚杆实质为将锚固支护技术和注浆加固技术有机结合在一起，将空中锚杆作为主要注浆管，在保证锚固的前提下进行注浆，并且利用注浆材料改善矿井内矿体的性质，这样可以提高围岩的承载能力与强度，保持矿井内的稳定性[3]。

在矿井工程的理想状态下，将注浆均匀的扩散分布于矿井开采工程的区域内，并与整体的支护结构进行结合，形成支护圈。矿井中注浆锚杆与围岩的共同作用下，特别是切向作用力，保证了矿井内的承压拱的稳定性，提高矿井内的承压强度，增强了围岩与被锚固体的承压能力[4]。

1.2 注浆锚杆的设计原则

注浆锚杆设计的基本原则是让压分阶段支护。矿井开挖后以“护”、“让”为主，允许围岩充分变形，以高强注浆锚杆端锚为主；待围岩应力和变形的剧烈调整基本结束后，以“支”、“限”为主，进行矿井内中空注浆锚杆注浆工作，实现锚杆的全长锚固并对矿井的浅部围岩进行注浆加固；由于深井内的地应力高、围岩松软，矿井围岩的破裂范围超过锚杆的锚固范围[5]。

2 概括

一矿三水平下延戊一上山采区工程设计全长768.723m，矿井设计采用半圆拱形断面，矿井净宽1000mm，净高4200mm，S净=18.32m2，S掘=20.04m2，支护形式：矿井建井设计支护形式采用锚网索喷+注浆锚杆+注浆组合锚索支护支护。

该采区开采矿井位于李口向斜南翼，为地垒构造，采区周边被郏县断层、洛岗断层、襄郏断层和鲁叶断层切割，形成了复杂的地质环境，所有矿产组的厚度差别不大，矿层正常稳定，矿井所处层位无大型地质构造，只存在个别小型节理。

戊组矿层厚2.7m，倾角5°～9°，位于试点矿井底板位置，距矿井底板最近处为20.33m。

根据井检孔资料及实际揭露矿层情况，试点矿井均布置在二叠系中统下石盒子组中，其主要的泥岩是以灰色、灰绿色为主，其次为灰色、灰白色以及灰绿色的细粒砂岩、中粒砂岩、粉砂岩及矿体组成。

3 注浆锚杆参数

注浆锚杆为ø25×3000mm的中空注浆锚杆，间排距为1500×1500mm，9根/排，配CK2840型树脂药卷，1卷/根；锚杆螺母预紧力不低于30KN（顶板压力大或顶板破碎地段，矿井内部5根中空注浆锚杆空挡之间再补打4根、拱部间排距调改为750×750mm，帮部不变，计13根/排，同时拱部9根中空注浆锚杆挂网，金属网为ø6mm×80×80mm单层钢筋焊接网），托盘规格为Φ150×10mm。

4 注浆锚索施工工艺及技术要求

4.1 施工工艺

在进行爆破后先对矿井进行锚网索喷（3根普通锚索）支护，然后滞后工作面10m～30m进行中空注浆锚杆支护，每排9根。支护到位后，7天内围岩变形量达到5mm/d或累计变形量≥100mm，应及时对变形处进行二次注浆锚杆加固。

施工顺序：打眼爆破→敲帮问顶→临时支护→铺网→打锚杆→喷浆→施工普通锚索→施工中空注浆锚杆→注浆。

4.2 技术要求

施工注浆锚杆时，用YT-28风钻钻孔，先开水门，再钻孔；在钻进过程中，钻具必须与钻杆保持直线，以防止钻头断裂、夹紧或脱落。锚杆孔应尽量垂直于矿井水平面或主裂缝，当水平面和裂缝不明显时，应垂直于矿井外围，角度不得小于75°。安装锚杆前，首先检查孔深是否适当，否则“补眼”；锚杆安注时将药卷依次送入孔内，用锚杆顶至终孔位置，开动风动搅拌器或风动锚杆钻机搅拌约30±5s，并缓慢推进使药卷搅拌混合均匀，保持强度；锚杆推进到位后，风动搅拌器或风动锚杆钻机停滞1min再紧固托盘，严防松动；使用风炮将锚杆螺帽紧固到位，满足锚杆扭矩力要求。

5 支护监测监控

锚固力试验采用mjy-300/80型锚杆拉拔器，位移观测采用双交叉点分布法，分层监测采用LBY—3型分层仪对矿井顶板进行分层监测。支撑完成后，根据需要在支撑段中间设置观测段A。经过60天的连续观察，矿井表面位移观测结果绘成曲线如图1所示，顶板离层观测曲线如图2所示。

图1 测面A矿井变形观测曲线图

由以上观测数据可以看出，注浆锚杆施工后，矿井内部各方面的变形均大幅减小，从现场来看，顶板没有脱皮掉块、钢笆网弯曲等现象，矿井内的支护基本维持在原状态，矿井浅部、深部出现很小程度的离层，浅部离层量24mm、深部离层量6mm，底鼓量30mm。注浆锚杆可对矿井周边范围内的围岩进行锚固，通过注浆对矿层裂隙进行充填加固，进一步提高矿井内支护结构的稳定性。

图2 测面A顶板离层观测曲线图

6 结论

①注浆锚杆施工后用树脂锚固剂固定，能够及时提供预紧力，等同于双锚双注支护中二次树脂锚杆的作用，及时加固了一次支护结构；②锚杆注浆实现了由树脂端锚变成全长锚固，浆液在注浆压力的作用下向矿井内周围围岩内扩散，及时加固了围岩，提高了围岩的强度和抗剪切能力。