注浆锚索在大倾角沿空留巷支护中的应用与核心技术攻关

张 苍 穆仲奎 袁文生

(内蒙古能源有限责任公司, 内蒙古 鄂尔多斯 014217)

注浆锚索主要应用于软岩支护、大跨度硐室、断层、破碎带、巷道修复、底鼓处理等地点。在沿空留巷支护中，注浆锚索的浆体充填至裂隙和锚索、锚杆孔径内，将破碎围岩粘合加固。由于注浆锚索在施工工序上比普通锚索多一道注浆工序，工作量额外增加一半，导致注浆锚索注浆质量及后期管理工作易存在漏洞。为此，积极研究注浆锚索在沿空留巷巷道支护中的应用，创建注浆锚索连锁管理机制，明确现场注浆最佳顺序，解决施工难题，确保了注浆锚索的施工注浆质量，实现了安全高效支护，杜绝了巷道失修。

1 注浆锚索在沿空留巷巷道中的应用

长城二矿1906S 运输巷110 工法沿空留巷施工地点，使用普通恒阻锚索进行采空区侧（切顶）支护，配合一梁三柱支护顶板。具体施工步骤：

（1）利用注浆锚索加固留巷顶板，确保顶板“拉得住”。

与恒阻锚索相比，注浆锚索限定变形的支护形式更加体现了支护强度的可靠性，大大减少了顶板的下沉量，保证了留巷的使用高度。

注浆锚索垂直于顶板方向布置，打设3 列注浆锚索：第一列支护锚索距原巷帮500 mm，间距为500 mm；第二列在巷道正中偏上帮0.5 m，排距1 m；第三列在距另一侧煤壁帮500 mm 处布置，排距3000 mm。

（2）利用断顶眼的超前预裂机理，结合注浆锚索的高强度支护实现采空侧定向切顶。

为提高切顶效果，确保采空区顶板“下得来”，留巷采取超前施工断顶眼+切顶锚索定向切顶工艺。断顶眼参数：眼距0.3～0.5 m，眼深H=0.5 m，水平仰角70～80°。确保采空区冒落高度达到3 倍采高以上，留巷压力逐步转移至深部，最大限度减少了矿山压力重新分布对留巷顶板的破坏。

至2020 年4 月，1906S 沿空留巷顶板下沉量及旋转角度均符合设计要求，通过钻孔窥视顶板胶结情况良好，杜绝了离层等问题，达到了强支护的效果，实现了大倾角大埋深条件下的110 工法沿空留巷1100 m。具体支护方式如图1 所示。

图1 1906S 运输巷沿空留巷支护断面图

2 “913434”模式及连锁管理机制的创建

（1）设计完成九种情况下的注浆锚索支护方案，确定一个注浆总方针，开展注浆“三化”管理，严格落实“四不”注浆制度，开展三个优化项目。2018 年以来，在巷道修复、软岩支护、破碎顶板、深部三岔门、四岔口、复合顶板等九种类型顶板情况下应用注浆锚索。

（2）确定一个注浆总方针：“全面封闭，由下而上，间隔对称，相邻错开，交叉进行”。

（3）制定专业注浆队“三化”管理模式：专业化、正规化、流程化。

（4）严格落实“四不”注浆制度：巷道包角处喷浆不合格不注浆，巷道不进行喷浆封闭不注浆，临近网头未喷浆不注浆，巷道底板未浇筑底角锚索不注浆。

（5）全面推广三个优化：一是优化止浆塞的优化设计，由最初的软硬管挤压封堵优化成2 个锥形止浆塞+1 个封闭环的止浆方式，试验成功多梯次波纹管止浆塞，解决了封孔堵浆问题。二是优化注浆泵进风分配设计，在压力泵处增加一个液压凿岩机的油壶，通过Ф19 mm 的三通连接器分别引出一路Ф19 mm 管路供应压力泵和搅拌泵，增加注浆压力，实现小裂缝的渗透注浆改为劈裂加压注浆。三是设计注浆连接器防脱落链，确保了连接器脱落伤人以及水泥浆崩人事故的发生。

（6）创建四种管理规范，实现连锁管理机制：《锚索注浆队管理办法》《注浆锚索使用管理规范》《注浆施工审批验收监测管理制度》《注浆锚索再研究攻关小组管理制度》。

① 通过《锚索注浆队管理办法》明确了注浆队人员构成、技术保障、注浆队职责及管理办法。

② 通过《注浆锚索使用管理规范》明确注浆锚索在不同条件下的支护参数及注浆施工操作规范，明确了注浆锚索安装施工规范（打锚索眼→同步锚固→安装止浆塞→安装锚索盘、锚具→涨紧→滞后注浆）、注浆设备安装维护、水泥浆液配比等。注浆锚索锚具进行分色刷漆管理，三个生产班组的锚具分别使用黄色、蓝色、白色进行粉刷，每个班组固定锚具颜色，进一步明确了责任，提高了施工管理水平。

③《注浆施工审批验收监测管理制度》建立健全注浆锚索施工管理档案，对现场施工的注浆锚索逐条进行编号，详细记录每根注浆锚索的注浆时间、注浆压力和注入的水泥量，施工人员、验收人员记录在档。为确保注浆效果，现场注浆由当班安监员全程监督签字认可，采取将3 ～5 d 施工的注浆锚索进行集中注浆的模式，由施工单位提前一天向技术部门提交锚索注浆通知单，技术部现场盯岗。

④ 2020 年成立注浆锚索研究攻关小组，研究制定6 项课题研究规划，加大对注浆锚索的深层次研究与应用。

3 注浆锚索施工中难题的解决

3.1 注浆顺序研究

为研究不同注浆顺序对注浆效果的影响，在1906S 运输巷170 棵锚索的现场注浆盯班中，制定了4 种注浆方案：先顶后帮从上至下注浆、先帮后顶从下至上注浆、先顶后对称两帮从上至下注浆、先帮后顶从下至上注浆。通过注浆量及现场对比分析得出，先帮后顶注浆量比先顶后帮注浆量增加27%，两帮注浆量比顶板注浆量高34%，底板注浆量比两帮注浆量高13%。为此确定注浆20 字方针：“全面封闭，由下而上，间隔对称，相邻错开，交叉进行”。具体效果图如图2 所示。

图2 1906S 运输巷沿空留巷注浆锚索支护效果图

3.2 止浆塞的优化设计

原有止浆设备为0.15 m 长的止浆塞（黑色软管）、0.45 m 长的推管（白色硬管），通过涨紧锁具，推进推管，向上移动挤压黑色软管，膨胀变形封堵注浆孔。现场因为锚索外露不一致、推管长度确定不准确导致漏浆现象普遍发生。为此设计可压缩锥形止浆塞止浆方式，杜绝了淌浆的问题，如图3所示。

利用止浆塞内部螺纹实现注浆锚索与止浆塞支架不淌浆，通过外部软塞实现止浆塞与孔壁的密实接触，杜绝孔壁淌浆。

3.3 注浆泵的优化设计

目前注浆泵普遍采用气动注浆泵，进风口采用Ф19 mm 的进风管通过压力表及油壶后分成两个Ф10 mm 的管路分别供应压力泵及搅拌泵。根据现场试验，压力泵需要的动力比搅拌泵大50%以上，为此在压力泵处增加一个液压凿岩机的油壶，通过Ф19 mm 的三通连接器分别引出一路Ф19 mm 管路供应压力泵，引出一路Ф10 mm 管路供应搅拌泵。当顶板裂隙较小时，增加供风管直径到32～50 mm，进而增加注浆压力，实现小裂缝的渗透注浆改为劈裂加压注浆。

3.4 注浆连接器的优化设计

原有注浆连接器为连接螺栓焊接Ф10 mm 的连接套，利用Ф10 mm 的软管实现注浆。因注浆管路内径小，易造成堵管堵孔以及连接器脱落伤人事件的发生。为此设计使用Ф19 mm 的软管作为注浆管，在注浆连接器上焊接防脱落链，确保了在堵管或大压力等情况下的连接器脱落伤人以及水泥浆崩人事故的发生，具体如图4 所示。

图4 注浆锚索连接器的优化图

4 支护效果分析

为对比注浆锚索在沿空留巷巷道支护的效果，在不同支护情况下，分别设立2 组围岩观测点，每个观测点5 组测点，采用十字布点法布设。在顶板安设离层仪，在两帮各安设2 个锚杆测力计，每隔10 d 进行一次数据采集分析。通过线性回归，选取在误差范围内的数据取平均值，得出数据见表1。

表1 1906S 运输巷留巷不同支护条件下的变形量统计

在1906S 运输巷留巷期间，通过围岩观测、顶板离层仪监测等手段，发现使用注浆锚索相比普通锚网索支护，顶底板移近量降低70%，两帮移近量降低了34%；相比复棚加固，顶底板移近量降低100%，两帮移近量降低了96%。

5 结 论

注浆锚索在沿空留巷破碎围岩中，浆体充填至裂隙中，起到粘合加固作用，锚索实现全锚，对顶板进行二次加固组合,形成一个完整的组合岩梁，支护效果可靠。通过研究注浆锚索应用范围及支护参数，确定了大倾角沿空留巷的注浆锚索支护模型，通过创建注浆锚索连锁管理机制确保了施工及注浆质量。通过解决注浆顺序、攻克注浆封孔不严、连接器堵浆崩人、注浆压力泵压力不足等现场施工技术难题，2018 年至2020 年累计打设注浆锚索10 125 棵，合格率99.8%。通过围岩观测、顶板离层仪监测等手段，使用注浆锚索实现了沿空留巷巷道变形量最小。