锚注技术在软岩巷道加固中的应用

杨爱军

山西汾西曙光煤业有限责任公司，山西孝义 032300

1 工程概况

某矿行人进风大巷布置于3#煤岩层中（半煤岩），平均标高＋575m。巷道围岩主要为泥岩、煤岩，巷道断面为半圆拱形断面，采用锚网喷的支护形式，自巷道投入使用后，巷道围岩变形大，维护困难，尤其是大巷500m ～1300m 段，经过多次返修仍无法控制巷道变形，严重影响大巷正常使用。所以，采取合理的支护形式，提高围岩整体的强度，保持支护体系的稳定性，对保证大巷正常使用具有重要意义。

2 巷道变形原因分析

通过对矿井地质资料及井下实际情况调查分析认为，行人进风大巷变形严重的原因有以下几点：

1）大巷穿过岩层多为泥岩，泥岩的岩性较软且易脆，尤其遇到淋水时，围岩极易膨胀，变形增大，围岩强度与稳定性降低，自承能力变差；

2）顶板砂岩存在较多裂隙，淋水现象严重，极易导致大巷周围泥岩的变形；

3）巷道原采用锚网喷的支护形式，在锚网喷支护体系中，所喷浆液不能喷入围岩裂隙，与围岩裂隙充分接触，所以不能显著提高破碎围岩整体的强度与稳定性；

4）受临近采掘活动动压影响，巷道原有支护不能承载围岩变形需要，导致巷道变形。

所以，基于上述原因，并结合矿井实际条件，决定对变形严重的巷道采取锚注的复合支护体系来控制巷道围岩变形。

3 锚注支护体系设计及应用效果

3.1 锚注方案

1）按照巷道设计断面进行整巷，要求巷道底板比大巷水平低400mm，并采用29U 型钢拱形支架进行支护，支架间距600mm；并对巷道顶帮进行喷砼，喷砼厚不小于100mm；

2）对巷道顶、帮进行浅孔水泥－水玻璃注浆，充填巷道壁后空间，对巷道围岩浅部破碎围岩进行注浆加固；

3）施工巷道顶、帮锚索，并利用锚索孔对巷道顶、帮深部进行化学注浆，加固围岩深部岩层，实现顶帮锚索全长锚固，最大限度发挥锚索支护效能；

4）施工底板组合锚索及底板注浆加固。由于巷道底板经过多次卧底，岩层比较松软破碎，容易造成直接打孔成孔困难。所以，首先对底板浅部6m 松动圈进行水泥预注浆；然后施工组合锚索孔，安装组合锚索并端头固结。在孔口预埋注浆管、封孔；利用锚索孔对底板深部进行高压水泥注浆；并依次铺钢筋网、下底梁、上大、小托盘、张拉锚索；对巷道底板浇砼至设计标高；待浇砼凝固后，再对底板打6m 浅孔进行二次水泥注浆。

3.2 注浆材料的选择及参数设计

1）注浆材料

本次锚注设计方案中，注浆材料为水泥和水玻璃两种，分别选用42.5MPa 普通硅酸盐水泥和40 波美度，模数2.8 ～3.0；巷道顶帮锚索孔注浆采用博特威化学浆。博特威化学浆为高分子材料，分A 液和B 液两种成分，双液方式注浆，孔口混合，双液混合比1∶1，因其为溶液型浆体且在反映过程中发生膨胀，形成较高强度凝胶固结体，因此可渗入微小裂隙，取得良好的加固效果。

2)注浆参数设计

（1）注浆压力，根据经验，方案中顶帮浅部水泥注浆压力为3MPa，深部化学注浆压力为6MPa；巷道底板浅部水泥注浆压力为2MPa，深部水泥注浆压力为6MPa；

（2）在实际施工过程中，保证有效扩散半径不小于2.0m；

（3）注浆材料配比参数设计：（1）水泥浆的水灰比应控制在（1 ～1.2）：l；（2）水泥浆与水玻璃之比应控制在1：(0.1 ～0.2)；（3）博特威化学浆双组份按1∶1 压注。

3.3 顶、帮预应力锚索布置及参数

顶帮锚索外形尺寸为φ17.8×7200mm ，托盘规格为300×300×16mm，材料为七股扭合式高强度低松弛钢绞线。锚索单根强度级别为1860MPa，破坏负荷350.0KN。采用排式布置，每排锚索布置于两排注浆孔之间，排距1.8m，每排均布7根锚索，其中顶板正中1 根，两肩各1 根；两帮各2 根。巷道实际高度较大时根据实际情况适当增加锚索数量。锚索孔注浆管采用直径φ8mm 铜管，长1.8m。3)锚索孔结构为外孔段孔径φ42mm，孔深1.5m；内孔段孔径φ28mm，孔深至7.0m；锚索孔注浆管形式：锚索孔注浆管采用直径φ8mm 铜管，长1.8m。顶帮锚索布置图1 所示。

图1 巷道顶帮锚索布置示意图

3.4 底板锚索布置参数

图2 底板锚索布置剖面图

1）底板锚索规格

底板组合锚索设计采用水泥固结式组合大锚索，每根组合锚索由3 根φ17.8mm×12.5m 钢绞线构成，头部3000mm 段编制成串珠状，以利固结增强锚索拉力。上部有组合托盘和三孔锁具，单根锚索强度级别为1860MPa，破坏负荷350.0kN。

2）锚索布置参数

锚索钻孔孔径为φ89mm；孔深12.5m 锚索长度为12.5m；组合锚索排距2m，每排3 根。中间锚索位于巷道中心线上，垂直底板，两侧锚索距中心孔1.5m，距帮0.7m， 外摆15°。每排锚索上一道由11#工字钢焊制底梁，采用锚索涨拉器涨紧至单根钢绞线120KN。锚索布置剖面图如图2 所示。

3.5 应用效果分析

巷道经锚固加固后，为观测加固效果，每隔100m 巷道设计布置1 个测站，每个测站设3 个观测面，采用十字布点法，观测时间共计4 个月，经数据统计分析。两帮及顶底板最大变形量为50mm 左右，支护效果非常明显。

4 结论

1）该矿西主运大巷采取锚注加固体系后，显著提高了巷道围岩强度，形成了承载结构，降低围岩变形的程度，保证了巷道安全使用，取得了良好的工程实践效果；

2）锚注加固技术的关键性参数注浆压力、注浆时间、注浆扩散半径、单孔吃浆量是互相影响的，没有固定的取值，要根据围岩的破碎情况灵活而定，选择最合适的参数。