锚注技术在深井软岩巷道修护的应用

锚注技术在深井软岩巷道修护的应用

黄保卫

淮沪煤电有限公司丁集煤矿，安徽淮南 232001

摘要：锚注加固技术施工简单、灵活，在修复巷道的同时不影响正常生产，职工劳动强度低，施工进度快，适合现场施工需要，支护效果较理想，尤其对软岩巷道加固更具有优越性。根据某矿轨道大巷高应力破坏情况和所处岩石层位，选用锚注加固，成功地解决了高应力软岩巷道支护难题，收到了较好的支护效果和明显的经济效益。

关键词：巷道修护；锚注技术；机理；工艺

近年来国内煤矿试验应用了一种注浆锚杆技术。它是利用锚杆兼作注浆管，实现锚注一体化。注浆可改善更深层围岩的松散结构，提高岩体强度，并为锚杆提供可靠的着力基础，使锚杆与围岩形成整体，从而形成多层有效组合拱，即喷网组合拱、锚杆压缩区组合拱、浆液扩散加固拱，提高了支护结构的整体性和承载能力，特别在巷道的修复加固中得到了广泛的应用。

　　1锚注支护机理 
　　 一般情况下，巷道所受的力有上覆岩层压力、构造应力或膨胀压力，在靠近工作面附近还有老顶来压以及地壳本身震动和采动引起的围岩震动 炮掘巷道因爆破的作用又形成程度不同的松动圈。这些因素都是影响巷道支护稳定的主要因素。金属支架对围岩的支护是被动支护。锚杆支护(包括锚、网、喷支护)则是一种主动支护。锚杆有端头锚固和全长锚固两种，但无论使用哪一种锚杆，由于缺少预紧力且 不能将破碎围岩或有裂隙的松动圈胶结成整体，故很难形成一个坚实的组合拱，一旦受到较强的构造应力或支承压力的影响，围岩仍有可能失稳而破坏。如果通过注浆锚杆注入浆液，将松散的围岩胶结成整体，从而提高了岩体的刚度、内摩擦角和内聚力，就能使岩体承载能力大大提高。此外，浆液使端头锚固变成全长锚固，将不仅进一步提高围岩体的强度，而且还大大提高围岩本身的支撑能力。这种支护体系可以视为由锚、网、喷构成支撑拱，围岩在锚杆的作用下形成组合拱。向围岩深部扩散的浆液远远大于锚杆作用的范围，于是又形成一组浆液胶结的岩石拱或梁。这三组拱或梁通过锚杆和浆液胶结成一个整体共同发挥作用，从而大大提高了巷道的承压能力，以保持巷道的稳定。 

2锚注支护在修复加固巷道的应用

2.1 概况

某矿轨道大巷长1260m，设计断面4.2*5.2m,采用普通锚网喷支护，该巷道在830---862m段，由于受到断层影响，该段岩性较差，顶板较为破碎，巷道需要修护，为此，我们采用锚注支护技术。

2.2 施工流程

进行锚注支护的一般过程为：巷道刷扩挑顶一普通锚网喷支护一锚注支护，从支护时间上来看，普通锚网喷支护一般在巷道刷扩后较短的时间内进行（一般4～10h），而锚注支护则要滞后10～20天甚至更长时间进行，因为过早地注浆，此时围岩正处于变形破裂的发展阶段，此时注浆，一是可能较难注入，二是浆液尚未凝固起支承作用之前，即被较大的围岩应力所破坏，因此将刷扩维修工作面向前推进一段后，然后在后面注浆。

2.3合理设计注浆参数
　　2.3.1浆液浓度

水泥注浆浆液浓度的使用原则，根据裂隙的发育程度和地质条件选择适当的浆液浓度。这一参数的选取实践性比较强，一般为1:3、1:2、1:2.5和1:1.5等。 
　　2.3.2注浆压力

注浆压力受围岩特性、注浆能力、注浆方式等因素的影响。若注浆压力过小，浆液难以向围岩中扩散，达不到预期的注浆效果；若压力过大，则会导致浅部注浆过程中巷道表面出现冒顶、片帮或开裂。在浅部注浆时，由于巷道表面和围岩发育，岩块破碎，采用的注浆压力不宜过大，初步确定为1～2MPa；深部注浆时，注浆压力确定为2～4MPa。

2.3.3注浆量

裂隙的发育状况是影响注浆难易程度的重要因素。岩石试件应力应变全过程的渗透实验表明，岩石渗透系数多半在其峰值以后、进入残余强度前获得最大值，以后又会因岩石的压密而减小。由于围岩裂隙发育，松动范围的不均匀和围岩岩性的差异，围岩吸浆量差别较大，应本着既有效地加固围岩达到一定的扩散半径，又节省注浆材料和注浆时间原则。 
　 2.3.4浆液扩散半径

浆液在岩石裂隙中的扩散，实际上是不规则的，它随着岩层渗透系数、裂隙宽度、注浆压力、注入时间的增加而增大；随着浆液浓度和粘度的增加而减小。通常以调节注浆压力、浆液注入量和浓度等参数来控制浆液扩散范围的大小，一般要求其扩散半径在0.8-1.0m以上。 
　2.3.5注浆孔的布置

考虑围岩浅部裂隙较为发育，为防止浆液向外流失，应有一定封孔深度，即注浆孔不能过浅；同时为了克服钻进时出现卡钻现象，实践表明初次注浆孔深度在1.0～1.2米为宜。二次耦合深孔注浆时，要根据围岩松动圈确定锚杆的长度，二次耦合注浆锚杆长一般在2.0米以上。 

2.3.6注浆材料的选择

注浆材料由无机和有机两个系列，由于有机材料价格昂贵，一般不予采用，而无机材料价格较低，被广泛应用。无机材料以水泥（主料）+水玻璃（速凝剂）为主。为了减少浆液流失，提高凝固速度，浅部初次注浆一般采用水泥+水玻璃双液浆。而深部二次耦合注浆一般采用水泥单液浆，确保更高的支护强度。

3注浆机具和工艺 
　　注浆所用机具以注浆泵为主，按注浆泵的浆液混合方式注浆分单液注浆和双液注浆。在此着重讲下单液注浆施工工艺。 单液注浆施工工艺：首先用自钻锚杆在煤岩体相应位置钻进，不拔出锚杆，将止浆塞旋到自钻锚杆杆体上，自钻锚杆在孔外露出长度40-80mm。将注浆管和自钻锚杆相连。在搅拌桶内加入适量的水，然后投入相应量设计配比材料，开动搅拌器在搅拌桶内搅动，待到浆液均匀为止。将注浆泵插入搅拌桶，进浆口要安全没入浆液中，将注浆泵和排浆孔连接，开动注浆泵开始注浆。注入一定材料后停泵，拆除相应管路。单液注浆加固完毕。根据材料特性，硬化相应时间，在自钻锚杆外端装上托盘机垫圈拧紧螺母，自钻锚杆成为一条全长锚固的锚杆。 
　　自钻锚杆在煤矿使用中属于新型支护材料，其特点和用途以及对注浆材料的适应性和合理注浆压力，还有待在应用的过程中进一步研究和改善。另外，对自钻锚杆杆体材料和在应用过程中的系列问题，特别是长期工程支护条件下的杆体防腐等问题需要深入研究，以适合煤炭开采的需要。对注浆材料来讲，因为已经经历了很长时间的发展，各种性能和品种已经趋于完善。不过，在煤矿巷道掘进时经常遇到一些随掘随冒的现象，顶板岩层式破碎的并且在高应力情况下被压密，用超前注浆支护，如何使浆液进入裂隙，除了考虑注浆压力外，渗透到微裂隙的浆液材料也需要更进一步研究。 

4效果评价

失修巷道采用锚注支护补强技术，从支护的强度、刚度、安全可靠性、占有空间，是套架棚加强支护所不能相比的，它不受巷道断面的限制，便于锚索的布置和施工；锚注补强支护能获得较高的支护强度和围岩加固作用，能主动支护顶板；当顶板破碎裂隙发育时，其浆液能充填裂隙起到固结顶板作用，集悬吊、挤压加固、固结顶板于一体，尤其能解决破碎松软顶板，大断面及大跨度硐室、交岔点巷道支护难题；失修巷道经锚注支护后，经观测顶板稳定，支护状况得到较大改善，保证了巷道的安全与稳定。

参考文献

[1]姚振巩,王洪江,王劼.注浆加固技术新进展[J].中国矿山工程.2006,(4).31-34,60

[2]仇晋忠.全长预应力锚固支护技术在采空侧巷道应用[J].江西煤炭科技.2018,(1).72-74.