深井软岩注浆加固支护技术应用

摘要： 为了合理确定支护方案和支护参数，解决矿井深部区域支护效果差、巷道易变形难题，针对平煤股份一矿-517m丁戊组石门岩体破碎软弱，具有持续变形特点和围岩流变特性，在提出科学控制巷道流变机理基础上，选择“锚网索支护+喷浆+导管注浆+集束锚索注浆”等联合控制围岩加固技术对其进行修复。实践证明，该支护方案能够解决流变围岩巷道变形问题，保证了巷道断面和正常使用。

Abstract： In order to determine a reasonable supporting scheme and supporting parameter， solve the problem of poor supporting effect and easy deformation of roadway in deep mine， for the -517m Dingmao Shimen of No.1 Mine rock mass broken and weak， characteristics of continuous deformation and rheological properties of surrounding rock， based on the scientific control of roadway rheology， "bolt mesh cable branch support + gunite + duct grouting + cluster anchor grouting" joint control of surrounding rock reinforcement technology is selected to repair it. Practice has proved that the support scheme can solve the problem of the deformation of roadway surrounding rock roadway， and ensure the roadway section and normal use.

关键词： 软岩；导管注浆；集束锚索注浆；扩修施工

Key words： soft rock；pipe grouting；cluster anchor cable grouting；repair construction

中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）19-0108-03

0 引言

随着一矿矿井开采深度的增加，地应力增加，局部岩体软弱、强度低，巷道开掘后应力集中现象明显，导致大范围岩体发生较大塑性变形，造成巷道失修和支护困难，从而使作业环境恶化、增加生产成本，巷道支护成为深部开采需解决的难题。从平煤股份一矿传统的支护现状看，部分巷道仍采用单一的锚网喷支护，难以保持巷道稳定；当巷道变形过大时再增加29U型钢架棚支护或补打锚索进行加固等等，但仍难维持稳定，巷道还会发生严重变形和破坏。因此试验采用锚网索支护+喷浆+导管注浆 +集束锚索注浆支护方案，通过注浆实现围岩的主动支护、通过集束锚索实现深浅部围岩共同承受地应力，从而解决深部支护难题。

1 工程概况

平煤股份一矿三水平-517m丁戊组石门是一矿三水平主要运输通道，该巷道全长665m，施工于2001年，支护形式为拱形架棚+喷浆支护，施工断面净宽5000mm，净高3600mm。巷道距地表埋深740m～948m，主体布置在戊组煤层底板，巷道围岩以泥岩、砂质泥岩和中砂岩为主。原采用锚网喷支护，穿戊组煤层段采用锚网喷、全断面套棚支护。在现有支护条件下，锚网喷段：顶部出现较严重开裂变形现象，两帮收缩量较大，且出现不同程度离层，底臌严重；锚网喷+架棚段（长度约80m）：底板受积水浸泡，岩性变弱，架棚段底臌严重，巷道围岩变形呈整体向巷道内部收敛的趋势，虽后期对局部顶肩施工锚索加强支护，但支护整体强度较低，不能有效控制围岩稳定性，巷道变形呈失稳趋势，影响和制约着矿井安全和高产高效水平的发挥。

2 支护方案及参数

2.1 支护方式选择

-517大巷扩修前巷道现状为半圆拱型断面净宽3.8m，净高3.0m。扩修巷道采用直墙半圆拱型支护断面，净高4.3m，净宽5.6m。采用“锚网索支护+喷浆+导管注浆 +集束锚索注浆”。巷道成形后及时有序采用导管注浆和集束锚索注浆加固。

2.2 支护参数确定

根据国内外锚喷支护的经验实例，在跨度小于10m的矿山井巷工程中，可按下列经验公式确定锚杆参数。

2.2.1 锚杆长度的确定

L=N（1.1+W/10）

式中：L―锚杆长度，m；

W―巷道跨度（即巷宽），m；

N ―围岩稳定性系数，稳定较差的围岩：f=4～6，N=1.1

所以L=1.1（1.1+5.9/10）=1.69（m），考虑不确定因素及支护强度安全系数为1.3～1.5，取L=2.8m。

2.2.2 锚杆直径的确定

根据锚杆材质强度和锚固力的支护设计要求，每根锚杆的锚固力不得小于64kN。

锚杆的破断力：

F=π/4×d2×δb

式中：d―锚杆直径，mm；

δb―锚杆的抗拉强度，MPa。

由上式得：

d2≥（64×1000×4）÷π÷375×106

高强锚杆杆体普遍采用KMG375MPa无纵筋螺纹钢钢，其抗拉强度δb=375MPa（最小值）。

代入上式可得d≥14.7mm

考虑到锚杆螺纹部分强度低于杆体，故锚杆直径选用d=22mm。

2.2.3 锚杆间排距确定

为了施工方便，通常取锚杆间排距相等，设为a，按照锚杆悬吊理论，则每根锚杆悬吊岩体重量G为：

G=ρLa2g

式中：ρ―岩体平均密度，kg/m3；

L―锚杆中部长度，m。

锚杆的锚固力应大于岩体的重力，即Q=kG

式中：k―安全系数，常取1.5～1.8。

a2=Q/kρLg

如果取最小锚固力Q=64kN，岩石取平均密度，锚杆中间长度L=1.35m，经计算可得：a=0.92～1.18（m），根据巷道围岩性质，选用排距700mm。

由于-517大巷顶底板以砂质泥岩或泥岩为主，埋藏深，地压较大，岩层整体性差，裂隙发育，为实现巷道提高整体支护强度和围岩长期稳定，扩修施工后及时对已施工巷道进行注浆和深部集束锚索注浆。

根据计算，结合巷道所处的围岩情况及强支护理论，确定锚杆采用？准22×2800mm高强树脂锚杆，配用Φ150mm×10mm的鼓芯专用锚索盘，间排距为700×800mm；每根使用Φ28×500mm树脂药卷2卷，单根锚杆锚固力不少于230kN；加固锚索采用Φ22×7500mm的19丝可松弛预应力钢绞线制作，配用300mm×300mm×14mm的鼓芯专用锚索盘，每根锚索采用Φ28×500mm快速和中速药卷4卷，锚索间排距1400×1400mm，每根锚索预紧力不低于300kN。喷浆厚度≥100mm，以注浆不漏液为准；金属网规格采用网丝径×宽×长=？准6mm×800mm×2600mm的专用钢笆网；注浆导管采用？准22×2500mm普通钢管制作，中间设有等距的？准6mm的12个过浆孔；集束注浆锚索采用？准17.8×12000mm钢绞线三根配用支撑环制作，每段2000mm，形成藕莲状，间排距为2500×2500mm。

3 主要施工方法与工艺

3.1 施工工艺

利用YT-28型凿岩机2台按初步预想断面轮廓，打眼装药爆破成型，做到一次成巷，局部用手镐修整至标准要求。坚持逐排施工，先敲帮问顶，利用MQT-90型气动锚杆钻机打眼施工锚杆，进行顶板支护，风钻打帮眼，人工挂网安装，帮顶支护到迎头，然后进行喷浆。喷浆后用YT-28型凿岩机施工浅孔或深孔，分别在注浆孔内安装？准22×2200mm或？准22×4000mm注浆导管，用风动ZQBS-8.4/12.5型双液调速高压注浆泵进行浅孔注浆，注浆后用ZLG350坑道钻机施工注浆锚索孔，然后施工注浆锚索。

3.2 主要施工工序

每次注浆前对工作面进行喷砼封闭，喷砼厚度为100mm。①钻孔：依据设计要求，对准孔位，按照不同入射角度钻进，要求孔位偏差不大于20mm，入射角度偏差不大于1°。②浆液配置：严格按照设计参数，及规范要求配置。现场监理人员认定合格后进行下一工序。③注入浆液：成孔后，开始注浆，注浆压力2.5～3.0MPa；④封堵注浆孔：用粘土或其他材料封堵注浆孔，防止浆液流失。⑤冲洗注浆管：注浆完毕，应立即用清水冲洗注浆管，必须采取适当措施处理废水，搞好清洁工作。⑥转入下一工序施工。

3.3 喷浆

由于巷道处于多次蠕动岩层中且施工宽度7000 mm，施工高度4800 mm，因此，要求混泥土标号为C30，喷射浆液要严格按配合比进行搅拌，且搅拌均匀。喷浆厚度不低于150mm。

3.4 注浆

设备选用风动ZQBS-8.4/12.5型双液调速高压注浆泵，用YT-28风钻钻孔，孔深2.5m和4m，顶帮全封闭均匀布孔，注浆孔间排距1.5m，深、浅孔三花型间隔布置，注浆孔内安设注浆管注浆；注浆管均为镀锌管，浅孔注浆管为？准22×2000mm，深孔注浆管为？准22×3500mm，，中间对称开？准6mm圆孔，圆孔间距250mm；注浆以水泥单液浆为主，封口或局部漏浆严重时采用水泥加水玻璃双液浆液。注浆终孔压力2.5-3MPa。

注浆量按下列公式计算

Q=v×n×a

式中：v――注浆加固的岩石体积 m3；

n――砂岩的孔隙率取0.05；

a――浆液的损失系数取1.3；

v=（π×（6.72-2.72）÷2+1.6×4×2）×85=6106m3；

Q= v×0.05×1.3=6106×0.05×1.3=317m3；

水玻璃用量：W=317×0.02×1.3=8.2t；

水泥用量：T=317×0.5×1.4=238t；

浆液比例=水：水泥=1：1；

浆液：水玻璃=1：0.8。

3.5 注浆锚索支护

3.5.1 注浆锚索工程质量标准

①锚索基本垂直岩面，夹角不小于80度；

②孔壁要光滑无台阶，孔中无残留物；

③注浆锚索每组由4根Φ17.8mm长13m的锚索编织而成，锚固力不低于200kN，间排距2500×3000mm；

④锚索外露长度不大于500mm；

⑤锚盘必须紧贴壁面且受力均匀；

⑥浆液配比为：水泥：砂子：=2～3：1。

3.5.2 注浆锚索施工顺序及要求

①由于巷道高度达到4800mm，因此施工前要先搭设好牢固的工作台。②采用坑道钻机打设注浆锚索孔，用直径为94mm的钻头打够深。③安设注浆锚索。④采用注浆泵进行注浆。⑤安装7天后对注浆锚索进行涨拉。

4 巷道支护监测

4.1 锚杆锚固力测试

在岩巷锚杆支护体系中，锚杆是锚网支护系统中最主要的承载构件，其施工质量的好坏，直接关系到支护的成败，为此建立了严格的锚固力检测制度，抽出专人负责，使用MCJ-100型及MCJ-200型锚固力测力计，按规定及时进行拉拔试验，建立台帐纪录，对检测不合格的锚杆，及时安排补打合格，确保每根锚杆安全有效。

4.2 顶板离层监测

顶板离层监测采用双高度顶板离层指示仪，深基点固定在锚杆上方稳定岩层中（一般取6m），浅基点固定在锚杆锚固端位置。离层仪安装在巷道预计最大挠度位置。根据一矿-517大巷地质条件，离层界限值定为80mm，离层仪距迎头不超过2m，与锚杆施工同时进行，并按照集团公司规定观测频度进行观测记录。

4.3 十字测点位移法观测

采用十字测点位移法对巷道收敛变形进行详细观测，观测用钢卷尺测量。若3个月内两帮位移达到150mm、顶底板位移达到200mm，需要及时采取二次注浆加固措施，失修严重时需采取刷帮挑顶等措施。表1为一观测站实测数据，从数据分析来看：水平巷帮移近量，最大50mm，上下顶底移近量，最大40mm，符合预想指标，实现了支护稳定。

5 结论

“锚网索支护+喷浆+导管注浆+集束锚索注浆”等联合控制围岩技术在平煤股份一矿三水平-517m丁戊组石门的应用与实践证明，注浆充填了裂隙及加固了围岩、提高了围岩的承载力，与锚网喷支护共同实现了围岩的主动支护，使得巷道周围形成一个有效的支护整体，巷道变形得到了较好控制，实现了支护稳定。该技术在一矿-517运输石门大巷的应用，有效的提高了巷道的服务年限，满足了矿井安全生产需要。

参考文献：

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[3]王鹏，叶书发，王辉，吴松.井下巷道全方位综合注浆加固技术[J].煤矿安全，2013（04）.