管式锚杆注浆技术在软岩巷道中的应用

郭 靖

（大同煤矿集团雁崖煤业公司，山西 大同 037001）

1 概况

大同煤矿集团雁崖煤业公司2310巷位于三盘区西翼，巷道东西走向布置。巷道东部为西翼盘区回风巷、皮带巷、辅运巷，南、西部为实煤区，北部为8309工作面采空区，与8309采空区预留煤柱宽度为6.0m。

2310巷设计长度1100m，巷道断面规格宽×高=5.0×3.5m，巷道掘进煤层为二叠纪下统山西组4#煤层，平均厚度3.5m，沿煤层底板平行掘进。4#煤层结构复杂不稳定，呈破碎状。掘进巷道无伪顶，直接顶主要以黑色泥岩为主，平均厚度为1.5m，基本顶主要以泥岩及粉砂岩混合岩层为主，平均厚度为8.7m。其中直接顶0.9m处含有一层煤层，厚度为0.3m。施工巷道直接顶及基本顶岩体平均单轴抗压强度27.8MPa，顶板易破碎。2310巷前180m采用爆破施工工艺，巷道已爆破掘进45m。

2310巷初步支护设计中顶板锚杆、锚索、W型钢带进行联合支护，破碎顶板采用锚索吊棚及架设工字钢棚进行加强支护。巷道掘进至38m处局部顶板出现破碎现象，采空侧巷帮片帮严重，顶板下沉量加大。当巷道掘进至42m处时顶板出现第一次冒落现象，冒落深度为0.6m，顶板出现多条裂隙，顶板锚杆、锚索永久支护失效现象严重，失效率达32%。采用工字钢棚进行加固支护后，钢棚变形严重，对顶板下沉、变形控制效果差，而且加大了支护难度，增加支护成本费用。

2 2310巷顶板破碎原因

（1）软岩顶板影响。2310巷直接顶主要以灰黑色炭质泥岩为主，单轴抗压强度22MPa，易破碎，巷道掘进后软岩顶板承载能力低，在外力作用下，顶板无法起到连续承载梁作用，造成顶板局部破碎。

（2）支护质量差。2310巷顶板出现破碎后形成围岩松动圈，且向深处延伸，原支护设计中顶板锚杆长度为2.5m，锚杆锚固端位于松动圈内，锚固端与松动岩体无法产生稳定的胶结作用，导致锚杆锚固效果差，锚杆对顶板岩体未能起到悬吊加固作用。

（3）邻近采空区影响。2310巷与8309采空区之间的保安煤柱宽度为6.0m，受采空区残余应力影响，保安煤柱破坏严重，煤柱对顶板支撑作用降低，造成2310巷位于保安煤柱侧顶板下沉，导致顶板断裂现象，且形成卸压区，并使卸压区附近岩体破碎。

（4）地质构造影响。2310巷掘进至54m处揭露一条正断层F2，断层落差为1.4m，倾角为47°。受F2断层影响，煤岩体完整性遭到破坏，断层面附近煤岩体结构发生变化，在回采过程中断层面附近煤岩体容易出现剥离破坏，从而导致岩体出现破碎现象。

（5）岩体膨胀影响。2310巷基本顶主要以含蒙脱石、伊利石极高的粘土页岩为主，该岩体吸水性强，膨胀系数大。受顶板含水层、钻孔施工水等影响，基本顶遇水后发生膨胀现象，膨胀率达1倍以上，导致顶板破碎。

3 管式锚杆注浆技术

3.1 管式锚杆注浆技术原理

管式锚杆注浆技术主要利用特制锚杆兼做注浆管，对破碎岩体不仅实现了锚杆悬吊、组合梁作用，而且通过注浆对锚固端岩体裂隙带进行填充，提高破碎岩体胶结稳定性，保证锚杆支护效果，避免传统锚杆与注浆分步施工时对顶板产生扰动破坏，缩短顶板支护时间，降低了支护成本费用。

3.2 管式锚杆注浆施工工艺

（1）注浆锚杆结构。注浆锚杆采用长度为3.2m、直径为25mm中空钢管，杆体中部圆孔直径为12mm。在注浆锚杆两侧各均匀布置5个直径为5mm出浆孔，孔间距为0.5m，在杆体外露端安装一个长度为300mm外丝尾套。如图1所示。

（2）注浆材料。为了缩短注浆材料凝固时间，提高裂隙岩体粘接、填充效果，注浆料决定采用聚氨酯树脂粘合剂。该化学材料具有填充粘接效果好、渗透能力强等优点。

（3）注浆设备。采用TBW—50/25型高压注浆泵进行注浆施工。注浆泵配套高压胶管、截止阀等。

（4）施工工序：① 采用MT-130型锚索钻机进行钻孔施工，钻孔深度为2.8m，钻孔直径为30mm，每排施工5个钻孔，钻孔间距为1.1m，排距为1.3m；② 钻孔施工完后对钻孔内依次填装锚固剂及管式锚杆，锚杆锚固后外露长度控制在0.25m左右；③ 管式锚杆安装后将注浆管一端与锚杆外丝尾套连接，另一端与注浆泵连接，然后开启注浆泵进行注浆施工，注浆压力控制在0.5～1.2MPa范围内；④ 注浆完成后对管式锚杆端部采用封孔器进行封堵，然后在锚杆外露端安装一根“JW”型钢带。

图1 管式锚杆注浆支护剖面示意图

3.3 应用效果分析

2310巷掘进45m处时对破碎顶板采取了管式锚杆注浆技术。巷道掘进245m时，通过对已掘巷道顶板观察发现，与传统锚杆支护相比，管式锚杆注浆技术提高了顶板稳定性，控制了顶板离层现象。顶板下沉量由原来的0.41m降低至0.14m以下，未发生顶板冒落现象，锚杆失效率降低至3%以下。同时，采用管式锚杆后减少了顶板锚杆支护数量，平均每米可降低支护成本费用320元，单米支护时间可缩短1.3h。

4 结论

（1）管式锚杆注浆技术可利用支护钻孔兼做注浆钻孔，将注浆液高压注入钻孔附近裂隙内，可扩散0.5～1.0m，有效将松散岩体胶结为整体，提高了岩体内摩擦力及承载能力，充分发挥了岩体自身支护作用。

（2）通过注浆施工将浆液介质深入到破碎岩体内部，使岩体裂隙内水、空气等物质与化学材料充分反应成聚氨酯凝固化合物，改变了围岩化学成分及物理特性，围岩单轴抗压强度可提高至54MPa，有效防止围岩吸水膨胀及风化作用。

（3）管式锚杆注浆技术将注浆与锚固同步进行，实现了锚杆全长锚固，使支护体与围岩完全胶结形成整体，提高了锚杆抗滑效果，防止支护体失效。