锚注加固技术在软岩巷道围岩加固中的应用研究

赵 浩

（西山煤电集团有限责任公司镇城底矿， 山西 古交 030203）

西山煤电集团有限责任公司镇城底矿（全文简称镇城底矿）隶属于山西焦煤集团，位于山西省古交市西北处，井田占地面积约23.8 km2，西北走向6.6 km，南北平均宽度约3.6 km，镇城底矿年设计生产能力为190 万t，地质构造复杂。采用长壁采煤法，全部垮落法管理顶板。主采8 号煤层，煤层赋存稳定，平均厚度约为4.5 m；直接顶为L1 泥灰岩，平均厚度约为2.32 m；直接底为粉砂质泥岩，平均厚度约为0.97 m，工作面煤层顶底板岩性如图1 所示。

图1 煤层顶底板岩性柱状图

随着矿井采掘的不断延伸，巷道所承受的应力加大，导致围岩松软破碎，致使巷道出现顶帮变形、底鼓等现象，反复返修，尤其是二水平胶带大巷（320～480 m 段）受28620 工作面采空区影响，巷道变形、底鼓严重，导致皮带跑偏、撒煤、水沟损 毁等，局部高度、宽度及断面不能满足安全要求，影响矿井的安全、高效生产。

二水平胶带大巷是服务于矿井的运煤大巷，服务年限较长，二水平胶带大巷采用锚杆+锚索+网+钢带+喷砼联合支护，锚索采用两根Φ17.8 mm×7 200 mm 和三根Φ17.8 mm×5 200 mm 平行布置，间排距1 000 mm×900 mm，锚杆采用Φ20 mm×2 400 mm普通螺纹钢树脂锚杆，间排距700 mm×900 mm 的WD 220 mm×4 mm×4 400 mm 钢带，喷砼厚度100 mm，强度C20。通过工程实践及现场观察，针对原支护对巷道两帮、底部的控制较弱，顶部强度也需要加强的情况，根据高预应力、高强度、高刚度、强力支护的支护加固理念，采用预应力高强锚索支护系统，配以围岩注浆、锚注技术，解决巷道围岩控制问题。

1 巷道围岩变形特点及分析

1.1 巷道围岩变形特点

软岩巷道多为环向受压，且非对称，顶部、两帮和底板同时受压，一般顶部、两帮有支护，故压力显现位移变形与支护强度相关，底部无支护压力显现较明显。

二水平胶带大巷巷道监测显示，在应力作用下，巷道顶部稳定结构破坏导致顶板下沉，下沉量超过100 mm，喷浆皮脱落，出现大量网包，个别锚索失效；两帮内鼓，两帮变形量超过150 mm，最大移近量达800 mm，喷浆皮脱落，片帮比较普遍，部分销杆失效；三个方向有支护，底板无支护，底板煤岩体流变性底鼓，且受采动影响较大， 全段均出现不同程度底鼓，虽经反复起底，但效果不佳，水沟及人行道基本毁坏。

1.2 影响巷道围岩与支护变形的因素

影响因素主要有：岩石自身强度和胶结程度；以及施工过程中围岩应力和采动影响等；同时巷道变形和时间密切相关。镇城底矿二水平胶带大巷主要受围岩本身的强度、结构的内在因素影响，外部因素主要是工程应力的影响及采动影响等多种应力的叠加情况影响。

2 加固方案

2.1 加固方案参数

根据高预应力、高强度、高刚度、强力支护的支护加固理念以及巷道围岩变形的特点分析，提出二水平胶带大巷加固修复方案：采用高强度、高预应力长锚索加固顶板+注浆加固底部及两帮松散煤体+锚注加固底部围岩的方案。

2.1.1 顶、帮预应力锚索布置及参数

1）锚索规格。Φ17.8 mm×9 200 mm 高强度低松弛钢绞线，强度1 860 MPa，Z 2360 型中速树脂药卷，托盘300 mm×300 mm×16 mm。

2）锚索布置方式。排式布置，每排锚索布 置于两排注浆孔之间，排距1.8 m，每排均布7 根锚索，其中顶板正中1 根，两边各1 根，两帮各2 根。160 m共计89 排，623 根锚索，根据实际情况适当增加锚索数量。

2.1.2 底板组合锚索束布置

2.1.2.1 底板锚索束规格

3 根直径为Φ17.8 mm×9 200 mm 的钢绞线作为一组锚索束，头部3 000 mm 段编制成串珠状，单根强度1 860 MPa，3 根锚索破坏荷载为1 050 kN。

2.1.2.2 锚索束布置参数

钻孔孔径为Φ89 mm；孔深9 m，长度为9.2 m，排距2 m， 每排3 组，160 m 巷道共计布置80 排240组锚索束。中间锚索束位于巷道中心线上，垂直底板，两侧锚索束距中心孔1.5 m，距帮0.7 m，外摆15°，每排销索束上一道由11 号工字钢焊制底梁，采用锚索束涨拉 器涨紧至单根钢绞线120 kN。底板锚索束布置如图2 所示。

图2 底板锚索束布置图

2.1.3 底板及注浆孔布置

底板注浆孔布置参数：孔径为Ф89 mm；孔深6 m，排距2 m，每排3 个，160 m 巷道共计布置80 排240 个，中间孔位于巷道中心线上，垂直底板，两侧孔距中心孔1.5 m，距帮0.7 m，外摆15°。两帮注浆孔布置参数：孔径Φ42 mm，孔深2.5 m，排距3 m，每排均布3 个注浆孔，其中两帮各1 个，两底角各1 个。160 m 共计54 排，162 个注浆孔。

2.2 施工方案及主要施工工序

施工时首先往巷道裂隙处喷射混凝土，后进行注浆施工。利用浆液的塑性使巷道围岩形成一体；然后打注顶帮锚索（加固）并将原支护失效的锚杆锚索补打；再锚注施工施工底板组合锚索束、注浆；最后进行全断面复喷并底板铺设混凝土反底拱。

2.2.1 注浆施工

注浆施工首先往开采煤层中打注浆孔，利用注浆系统进行注浆。使用的设备主要有气动注浆泵、搅浆机等。主要工序：打注浆孔—制输浆—压注—系统清洗及保养。

2.2.2 顶帮锚索（加固）施工

主要工序：锚索钻孔施工—锚索安装—涨拉锚索—喷浆封闭。

2.2.3 底板组合锚索锚注施工

首先对底板进行浅部注浆，进行卧底（低于设计底板350 mm)，打组合描索孔，描索推送入孔，孔底反灌浆，堵塞锚索孔口，预埋深部注浆管封孔，对巷道底板进行注浆（注浆压力6 MPa)全长锚固，7 d 后进行铺设第一层钢筋网下底梁铺第二层网，上大、小托盘、索具逐根涨拉锚索至120 kN，底板浇注混凝土。

3 工程实践及效果

二水平胶带大巷修复加固区段共160 m，施工时间为三个月，未加固前，该巷道受围岩应力变化严重变形，影响矿井的正常生产秩序。待加强支护后，围岩形变得到有效控制，且增加巷道的整体稳定性。现场监测的巷道数据显示：整体轮廓形状、尺寸基本没有变化，底鼓变形量减小，顶底板的最大移近量52 mm，两帮最大移近量68 mm，巷道围岩处于稳定状态，说明修复加固工程既提供了补强支护力，又限制围岩发生流变，保证了巷道设计断面及其功能使用。工程实践表明，修复加固方案能够满足巷道修复治理的要求，取得了很好的效果。

4 结语

镇城底矿利用锚固支护的高预应力和高强度特性，采用高强度、高预应力长锚索加固顶板+注浆加固底部及两帮松散煤体+锚注加固底部径向约束深部围岩的方案，对采动影响下的破碎松软巷道及松软底板底鼓巷道提供了较强的支护强度，增加了围岩的整体性和围岩强度，从而有效控制了巷道顶板下沉、两帮内挤和底鼓，取得了良好的效果，解决了巷道变形、底鼓的问题。