中空注浆锚索在破碎复合顶板加固中的研究与应用

2022-02-08吴方超

煤炭与化工 2022年12期

吴方超

（冀中能源股份有限公司章村矿，河北邢台 054100）

章村矿为百年老矿，在用巷道总长42 000 多米，巷道线路长，失修巷道较多。对于围岩稳定性较好的巷道，该矿采用高强度锚网索支护技术，取得了良好的经济效益和社会效益；对于围岩较破碎、稳定性差的巷道，由于锚杆、锚索锚固剂与破碎围岩的粘结力小，其力学性能不能充分发挥，单独采用锚网索支护，已不能满足巷道围岩的支护强度，因此，注浆加固技术是否能够有效控制破碎围岩的变形显得尤为重要。

章村矿26 采区2下2610 下巷掘进至f2612-3断层附近时，地压显现明显，巷道受力大，而围岩以砂质泥岩为主，岩性异常松软、裂隙发育，顶板岩层夹多层煤线，其吸水易膨胀、瓦解，该巷道掘进及其整修后，其底鼓、两帮均发生强烈变形，巷道返修量大，给巷道支护造成了极大困难，因此，改进巷道支护方式，确保巷道顶板安全势在必行。

1 概况

章村矿2下2610 下巷破碎复合顶板段位于该矿4226 采区2下2610 工作面中部，有2 条纵横交错的断层，落差2～8 m，该段直接顶为复合顶板，夹有多层煤线，主要岩性为砂质泥岩及泥岩，层理极为发育，岩石结构松软，岩石较破碎，围岩条件恶劣。2下2610 下巷破碎复合顶板段上部为2 号煤采空区，层间距在12 m 左右。该段巷道顶板原采用锚网索+U 型钢架棚联合支护。2下2610 下巷复合顶板段岩性情况见表1。

表1 2 下2610 下巷复合顶板段岩性情况Table 1 Lithology of composite roof section of No.2lower2610 roadway

2 巷道变形原因分析

章村矿26 采区2下2610 下巷自2 号煤2610工作面回采结束后，其低洼处一直被水淹没，2020年，巷道整修至该段水淹区域时，发现巷道变形严重，顶板下沉，大部分U 型钢扭曲变形，甚至有一部分U 型钢顶拱和柱腿已脱开或折断，不能有效支护顶板。巷道原掘进断面规格为4.5 m×2.5 m（宽×高），变形后最小断面仅为2.8 m×1.3 m（宽×高），收缩量达到68%，不能满足使用需要。

2下2610 下巷靠近f2612-3 断层地段煤层顶板大部分为泥岩夹煤线，岩性较软，不利于巷道支护，且该地段初期掘进时顶板一直有淋水，弱化了顶板的强度。巷道变形产生裂隙时，顶板淋水顺裂隙向下流动，沿裂隙面对顶板进行冲刷，锚杆锚索长期受水冲刷侵蚀，造成锚杆锚索锈蚀变细，抗拉强度大幅降低，裂隙面进一步扩大，导致顶板完整性进一步恶化。

2下2610 下巷靠近断层段施工时，采用正常的锚网支护，针对顶板变软有淋水的情况，初期仅采取了加密锚杆锚索并补套U 型钢的支护方式，而且该段巷道受2 号煤2610 工作面里段回采影响，该段正好位于停采线以外60 m 范围内，采动超前压力大，受2 号煤采动以及靠近断层带顶板破碎、构造应力等多重因素叠加影响，由于巷道支护强度不够，顶板产生离层下沉，且对淋水未进行任何处理，导致巷道变形破坏严重。

3 锚注加固方案

2下2610 下巷靠近f2612-3 断层附近约40 m范围巷道顶板破碎，岩性为泥岩或砂质泥岩，同时，不同层位之间夹有煤线或炭质泥岩等软弱夹层，原巷道采取锚网索+U 型钢进行联合支护，但是由于受2 号煤2610 里工作面开采影响，该段巷道变形严重，U 型钢80%以上出现断粱折柱现象，顶板已出现深部和浅部离层。针对2下2610 下巷顶板破碎段软弱层多、裂隙发育、浅部离层的特点，先采用密排锚索方式对顶板进行加固，然后采用中空注浆锚索对深部和浅部进行耦合注浆加固，使巷道顶板重新形成一个完整体，有效的控制了顶板下沉。

该段整修时，鉴于巷道深部和浅部均已离层的状况，因此该段首先采取密排锚索先加固顶板的支护方式，锚索梁垂巷布置，一梁五孔，锚索采用8.3 m 高强度钢绞线锚索；锚索加固完毕后从后向前交叉布置中空注浆锚索，进行浅、深部注浆。中空注浆锚索浅部出浆口位置在孔口以上3 m，深部出浆口位置位于孔口以上6 m。加固锚索和注浆锚索布置如图1 所示。

图1 加固锚索和注浆锚索布置示意Fig.1 Arrangement of reinforcing anchor cable and grouting anchor cable

注浆锚索采用中空设计，锚索中孔作为钻进高压风水通道和注浆通道，其安装、预紧方式与普通锚索完全相同。中空注浆锚索由钢绞线、托板、锚具、止浆塞等组装而成。

注浆锚索结构如图2 所示。

图2 注浆锚索结构Fig.2 Grouting anchor cable structure

中空注浆锚索技术参数见表2。

表2 中空注浆锚索技术参数Table 2 Technical parameters of hollowgrouting anchor cable

注浆液水灰比为0.5，注浆液配制选用硅酸盐水泥强度等级为42.5，并掺入ACZ- 型水泥注浆添加剂，掺量为硅酸盐水泥重量的8%。

4 注浆锚索施工工艺

4.1 安装注浆锚索

（1）安装前计算树脂锚固剂锚固长度，不得超过1.5 m。中空锚注锚索出浆口位于锚索前端1.5 m 处，锚固长度超过1.5 m 左右会阻塞出浆口，无法出浆。

（2）中空注浆锚索安装之前要检查出浆口位置，不得堵塞，保持出浆畅通。

（3）在安装中空注浆锚索时，先放1 卷MSC K2335 树脂锚固剂，再放1 支MSZ22360 中速树脂药卷用中空锚索徐徐推入钻孔，在距锚索尾部1.0 m 处缠绕包装布或面纱，然后用锚杆机进行搅拌，之后装上锥形橡胶止浆塞(锥头向里)与托盘，再旋转尾部螺母进行封孔并进行初步张拉预紧。

（4）根据孔口形状选择棉纱用量，保证孔壁与索体空间填满棉纱，对于扁平孔需多用棉纱将长轴两端封住。封口时将锥形止浆塞穿入中空锚注锚索内，顶入钻孔中。止浆塞安装完毕后安装锚索托盘和锁具，进行张拉，保证托盘贴近岩面。

4.2 锚索注浆压力

注浆时，注浆压力要缓慢升压，注浆压力一般要求控制在2.0 MPa 左右，注浆孔只要进浆就不宜升压太快，终压为5.0 MPa，根据注浆泵的性能和对围岩的加固效果．最大终压可达7.0 MPa。

2下2610 下巷破碎围岩注浆加固时，每孔注入水泥量50～100 kg，第一个断面的注浆量要大，随后会减少至较稳定状态。当2下2610 下巷单孔注入水泥量超过300 kg 且注浆压力仍未达到注浆终压时，可暂停换注浆孔注浆；待30 min 后再复注，若复注时注入水泥量超过500 kg，该孔压力仍未达到注浆终压时，应检查是否有漏浆、跑浆现象，然后再换孔注浆。