破碎煤帮锚索锚固力提高方法及其适用条件探讨

王海涛

（晋城煤业集团赵庄煤业 ，山西 晋城 048000）

近年来，锚杆锚索支护技术在我国煤矿得到大力发展应用，其应用的范围现已基本覆盖矿井下所有的巷道硐室，使矿井的支护条件得到了非常大的改善。同时锚索支护又是一种主动支护，现已成为煤矿顶板及两帮支护的主要措施和方法。但是针对软煤、高应力、动压影响巷道，煤帮十分破碎，破坏深度甚至已经超过锚索支护范围，造成锚固失效，锚固力严重不足，锚索支护起不到应有的作用，巷帮变形大。因此，针对破碎煤帮锚索锚固力不足问题展开研究，提高锚索锚固力，对于巷道支护意义重大[1～3]。

1 锚索锚固力提高方法分类

1.1 改善煤体结构

主要是通过注浆方式，将破碎煤帮重新胶结为一个完整整体，减少结构弱面，提高煤帮承载能力，改善锚索锚固和受力环境。

1.2 加长锚索

通过采用长度更大的锚索，使锚固端能够穿过破碎区域，进入完整煤体区域，提高锚固力。

1.3 避让破碎区

如果破碎区仅分布在某一高度范围，如夹薄层软煤煤帮，或者局部破碎，可以调节锚索高度位置，或者采用一定的仰角穿层，使锚索锚固端避开破碎区域。

1.4 加长锚固

包括两种方法，树脂锚固剂加长锚固和注浆加长锚固。

树脂锚固剂加长锚固：采用树脂锚固剂，增加锚固长度，增大锚索、锚固剂、孔壁接触面积，从而提高锚固力；

注浆全长锚固：可以采用树脂锚固剂端部锚固，外部采用注浆方法利用浆液加长或者全长锚固，也可以不采用树脂锚固剂。锚索可以采用中空注浆锚索，或者普通锚索配合外部注浆管。

1.5 综合法

针对严重破碎或者异常复杂支护问题，可能需要多种方法进行配合，充分利用各种方法优势，能够起到更好的效果。

2 不同方法适用条件探讨

2.1 巷帮整体较好，夹软煤或局部破碎

由于整体较好，裂隙不发育，不建议进行注浆，可以采用避让破碎区法，根据现场情况选择帮锚索位置，适当调节角度，以实现整体支护，通过形成的整体锚固结构和网片预应力扩散控制破碎区。

2.2 巷帮整体破碎，但破坏深度浅，巷帮不再变形

建议选择适当加长锚索方式。由于巷帮已经稳定，不再变形，只需维持现状，不必要进行注浆，只需通过不同长度锚索的拉拔试验结果，确定加长锚索选型，使锚固端进入完整区域，提高锚固力。

2.3 巷帮整体破碎，破坏深度大，超过锚索支护范围

建议采用综合法，即先注浆，填充裂隙，加固破碎区域，然后采用加长锚索正常锚固，或者采用正常长度锚索加长锚固。

3 帮锚索锚固力提高方法实例

3.1 工程概况

赵庄煤业13092复用顺槽巷道，埋深750m，地应力高，煤质酥软，地质构造多。掘巷之前通过底抽巷瓦斯抽放钻孔进行预抽，巷帮内部瓦斯抽放孔造成煤体空洞大，加上工作面回采强动压影响，煤帮又产生了大量新的裂隙，因此，整个煤帮异常破碎，原始支护5.4m长帮锚索锚固力测试仅余5～8MPa，锚固效果极差，锚索无法起到有效支护作用，锚索随巷帮同步鼓出。

3.2 锚固力不足原因分析

1）锚固端无可靠着力点。煤体内部空洞大，十分破碎；

2）锚索长度不足。破坏范围已经远远超过锚索长度；

3）锚固长度不足。由于煤质酥软，即使煤体内部无裂隙，端锚方式仍无法提供足够锚固力，需要加长锚固。

3.3 综合法提高锚索锚固力

根据锚固力不足原因分析，为多重因素影响，因此，采用综合法提高帮锚索锚固力。

第一步：深浅孔分层注浆。

根据松动圈测试和钻孔窥视结果，破坏深度达10m，进行4m、8m、12m三个孔深层次注浆，根据浆液扩散半径测试结果确定钻孔间排距，采用晋煤集团技术研究院生产的联邦加固1号双液注浆材料，4m孔平均注浆量0.5t，8m孔平均注浆量0.7t，12m孔平均注浆量1吨，平均每米巷道注浆量高达5.6t。浆液主要用于填充瓦斯抽放孔空洞、大裂隙，以及微小裂隙。注浆完毕后，通过钻孔窥视未发现没有被充填到的裂隙，注浆扩散效果较好，巷帮整体性得到明显加强。

第二步：合理锚索长度确定。

变形稳定区域破坏深度已经达到最大，在此未注浆区域进行不同长度锚索拉拔试验。采用5.4m、6.4m、7.4m、8.4m、9.4m长锚索，按照锚固力端锚方式，进行拉拔，锚固力测试结果分别为6MPa、10MPa、12MPa、16MPa，17MPa，可以发现锚索长度从6.4m增加到8.4m，锚固力提高较为明显，从8.4m增加到9.4m，锚固力提高较小，综合考虑，选择8.4m长锚索。

第三步：不同长度注浆加长锚固试验。

采用8.4m长锚索。进行三个区域对比测试：

（1）首先，在未注浆区域，采用8.4m长锚索，采用端锚方式进行试验，锚固力约16MPa，效果较差；

（2）然后，在注浆区域，采用8.4m长锚索，采用端锚方式进行试验，锚固力约18～22MPa，提升作用较明显；

（3）最后，在注浆区域，采用8.4米长锚索，除正常端锚，试验不同长度注浆加长锚固的锚固力，通过孔口扩孔长度进行设置，具体方式为：正常锚索孔径28mm，锚索直径22mm，锚索与孔壁之间仅余3mm，考虑煤渣影响，此部分浆液可以忽略不计，孔口扩孔采用42mm或50mm孔径扩孔，利用扩孔段插管注浆，扩孔深度即为注浆加长锚固长度。结果表明：注浆锚固长度0.5m，锚固力约 18～20MPa；注浆锚固长度2m，锚固力约20～25MPa；注浆锚固长度4m，锚固力约25～30MPa；注浆锚固长度6m，锚固力约 26～30MPa。

认为锚固力不小于25MPa为合格。因此，最终实施方式为：采用8.4m长锚索、先注浆、正常端锚、注浆加长锚固长度不小于4m。通过该综合法，可以使锚固力满足要求。

4 结 论

1）破碎煤帮破坏深度如果超过锚索支护范围，锚索锚固力大幅下降，锚索无法起到有效作用；

2）提高锚索预紧力方法按照作用机理不同，可以分为改善煤体结构、加长锚索、加长锚固、避让破碎区、综合法；

3）阐述了锚索锚固力提高不同方法适用条件；

4）进行工程实例介绍，针对异常破碎区域锚索锚固力严重不足情况，采用8.4m加长锚索、先注浆、正常端锚、注浆加长锚固不小于4m的综合法，取得了良好的锚固力提高效果。