中空注浆锚索在巷道围岩控制中的应用

【摘 要】随着巷道向深部延伸，矿压显现越来越明显，巷道围岩支护难度逐渐加大，顾桥矿11-2煤层回风下山（二）在掘进过程中，巷道帮部采用中空注浆锚索注浆加固，通过实践证明，中空注浆锚索及新注浆工艺的使用，对巷道的支护起到很好的效果。

【关键词】注浆锚索；全长锚固；围岩加固；围岩变形

1 巷道概况

北一11-2煤层回风下山（二）（下段）是沿煤掘进实体巷道，北邻北一11-2轨道下山，南邻北一11-2岩石回风下山，其中距离北一11-2岩石回风下山仅15.4米（平距），矿压随煤层埋藏深度的增加而增加，在小构造发育段以及巷道集中区地应力集中，地压较大。

工作面煤层赋存较稳定，平均煤厚3.2m，性状为块状～粉末状，少量鳞片状，暗淡光泽～油脂光泽，以亮煤、暗煤为主，夹少量镜煤条带。煤层结构复杂，普遍存在一层以上夹矸，硬度在0.7～0.72，倾角3°～6°，平均约4°。11-2煤直接顶为复合顶板，由砂质泥岩、泥岩和11-3煤层组成，厚度3.0～9.2m，其中薄煤层不稳定。

2 巷道帮部加强支护方案选择

2.1 方案一：普通锚索梁+喷浆+注浆管注浆

巷道两帮水平锚索各布置二排，分别距顶底板距离各1.1m，为了提高巷帮锚索的整体支护作用，巷帮水平锚索采用2.6m长的T型钢梁水平连续压茬布置，锚索规格为Φ21.8×5200mm高预应力钢绞线锚索。然后对巷道进行全断面喷浆，最后施工注浆眼注浆，注浆分浅、深孔，一注浅孔注浆，二注深孔注浆。一注孔深4m，排距3.2m，每排布置4孔，上、下端孔分别与顶、底板成10°夹角施工，注浆管长3m；二注孔深5m，布置在一注孔中间，每排3孔，注浆管长4m，最终达到排距1.6m。注浆液为单液水泥浆，水灰比为0.75：1，水泥采用32.5#矿碴水泥。一注注浆压力2～3MPa，二注注浆压力5MPa。

2.2 方案二：中空注浆锚索与普通锚索梁交替布置+喷注浆

巷道两帮水平锚索梁各布置二排，分别距顶底板距离各1.1m（同方案一），采用中空注浆锚索与普通钢绞线锚索上下、左右交替布置，中空注浆锚索规格为Φ21.8×5200mm，普通锚索规格为Φ21.8×5200mm高预应力钢绞线锚索。然后对巷道进行全断面喷浆，最后直接采用中空注浆锚索注浆。注浆液为水泥浆添加ACZ-I型水泥注浆添加剂8%～10%。，水灰比为1：2，水泥采用32.5#矿碴水泥。注浆最终压力8MPa。

2.3 中空注浆锚索的基本原理

索体前端1.2～1.5m为实心结构，采用树脂药卷锚固， 安装方式与普通锚索完全相同；通过张拉锚具锁紧，锁紧张拉的同时， 孔口止浆塞即被楔紧，完成封孔。索体其余部分为中空结构， 中心为注浆管，高强度预应力钢丝围绕在注浆管周围，通过专门的工艺将它们绞制成和钢绞线一样的外形，满足小孔径安装的要求；浆液通过中心的注浆管，首先到锚索上部出浆口，然后沿钻孔向外流出直到孔口处，被止浆塞挡住无法继续流出，此后，钻孔内浆液的压力开始升高，浆液在高压作用下，向钻孔周围岩体内的裂隙和空隙中扩散，对岩体产生注浆加固作用。

3 巷道围岩变形量比较

3.1 测点设置

在巷道内每隔50m设置一组测站，每个测站设置两帮位移量观测基点及顶底板位移量观测基点，两个测量基点在同一个平面上。方案一支护范围内共设置3个测站，方案二支护范围内共设置13个测站。

3.2 数据观测

每个测站自安装之日开始，第一周每天连续观测，一周后每周观测一次，持续观测至巷道掘进结束，现对6个测站的两帮、顶底板位移量观测数据见下表。

表1 两帮位移量数据统计

测站编号 1# 2# 3# 4# 9# 13#

初始宽度（mm） 5750 5335 5300 5470 5760 5450

最终宽度（mm） 5550 4960 4940 5420 5600 5400

位移量（mm） 200 375 360 50 160 50

观测天数（天） 156 150 143 135 90 52

表2 顶底板位移量数据统计

测站编号 1# 2# 3# 4# 9# 13#

初始高度（mm） 4000 3900 3700 3800 3700 3700

最终高度（mm） 3400 3250 2930 3600 3300 3500

位移量（mm） 600 650 770 200 400 200

观测天数（天） 129 110 88 69 50 30

（注：上表中1#、2#、3#测站为方案一支护，4#、9#、13#测站为方案二支护）

分析得出，方案二中巷道围岩变形量较小，且随时间的推移，变化较为平缓，更有利于巷道围岩应力重新得到平衡。

4 使用中空注浆锚索优点

（1）采用反向注浆工艺，从根本上消除了出现气穴空洞现象的可能，对于保证锚索的有效长度和锚固层位非常有利。

（2）当索体预紧时，止浆塞随之自动封紧，工序非常简便，封孔效果可靠。

（3）采用高强度螺旋肋预应力钢丝制造，与光面钢丝钢绞线锚索相比，进一步提高了锚索的锚固性能，相同条件下锚固力提高15%-20%以上。

5 结论

通过对淮南矿业集体顾桥煤矿11-2煤层回风下山（二）帮部加强支护方案的比较，可以得出以下结论：

（1）采用中空注浆锚索及时对巷道帮部进行注浆，对帮部位移变形的控制非常明显，由于注浆压力较大，不仅使注浆锚索本身实现全长锚固，同时浆液扩散较大，也使得周边的帮部锚杆、普通锚索变成全长锚固，从而增大了巷道帮部的整体抗压强度。

（2）采用中空注浆锚索加固巷帮，对顶底板位移变化的影响较大，巷道底鼓量较普通支护明显减小，说明巷道帮部的变形受到控制后，巷道整体的围岩应力重新趋于平衡。

（3）从经济效益的方面来看，直接使用中空注浆锚索对巷帮进行注浆，可以减少施工环节和人力投入，节省大量注浆管等材料。另外，通过注浆实现帮部锚杆、锚索全长锚固，同时锚杆、锚索通过浆液的包裹，起到了防锈作用，对永久巷道的支护更加有效。

（4）顾桥矿11-2煤层回风下山（二）掘进过程中采用中空注浆锚索对巷帮进行注浆加固，对巷道围岩起到了很好的支撑和稳固作用，从实践上为深部煤巷巷帮加固提供了借鉴依据。