注浆锚索在沿空巷道围岩加固中的应用_乔越.pdf

煤矿现代化2019 年第 3 期总第 150 期 1工程概况 新景矿 80116 工作面主要开采 15 煤层， 工作面 标高 488～513m， 煤层均厚 7.25m， 平均倾角 6， 直接 顶为均厚 0.93m的泥岩，直接底为均厚 0.1m的砂质 泥岩。工作面东面为 80114 工作面采空区， 南面和西 面分别为待开采的 80117 和 80118 工作面， 采掘工程 平面图如图 1 所示。 图 180116 工作面采掘工程平面图 2沿空巷道围岩加固方案确定 2.1锚注加固方案及材料选择 新景矿 80116 工作面回风巷采用矩形断面， 巷道 宽为 4.7m、 高为 3.0m， 沿 15 煤层底板掘进， 区段煤 柱留设宽度为 15m。80116 工作面回风巷一侧为实体 煤， 一侧为采空区， 巷道两侧围岩受力不均匀， 尤其在 采空侧悬臂结构影响下， 巷道围岩破碎严重， 塑性区 向围岩深部发育， 针对此情况， 在新景矿 80116 工作 面回风巷距离工作面切眼 340～570m 范围对巷道围 岩进行锚注加固工程应用。 （a ）中空注浆锚索补强支护巷道断面图 （b）中空注浆锚索补强支护巷道平面图 注浆锚索在沿空巷道围岩加固中的应用 乔越 （山西宏厦第一建设有限责任公司 ，山西 阳泉045008 ） 摘要 针对沿空巷道围岩应力高、 破碎严重问题， 提出了使用中空注浆锚索对巷道围岩进行加固的 方案， 同时对注浆锚索结构参数及注浆材料性质进行了介绍， 矿压观测结果表明， 对巷道采用中空注 浆锚索锚注加强支护后， 巷道围岩强度得到增强， 围岩形变量得到减小， 满足了回采巷道生产要求。 关键词 沿空巷道 ； 应力高 ； 中空注浆锚索 ； 围岩变形 中图分类号 TD353文献标识码 A文章编号 1009- 0797 （2019 ） 03- 0017- 04 Application of grouting anchor cable in surrounding rock reinforcement of gob-edge roadway QIAO Yue （Shanxi Hongsha No.1 Construction CompanyLimited , Shanxi Yangquan 045008 ） Absrtact Aimingat the problemofhigh stress and crushingofsurroundingrock in gob roadway, this paper puts forward a scheme toreinforce tunnel surroundingrock with hollowgroutinganchor cable, at the same time, the structure parameters ofgroutinganchor cable and the proper- ties ofgroutingmaterial are introduced, and the results ofmine pressure observation showthat the strength ofsurroundingrock is enhanced af- ter using hollowgrouting anchor and grouting in roadway, The surrounding rock shape variable is reduced to meet the requirement of mining roadwayproduction. Keywords alonggoafroadway; stress high ; hollowgroutinganchor ; deation ofsurroundingrock 17 ChaoXing （c ）采空侧巷帮中空注浆锚索补强支护图 图 2中空注浆锚索巷道补强支护方案 中空注浆锚索巷道补强支护方案如图 2 所示。 顶 板垂直于顶板布置 2 根直径为 22mm、长度为 7200mm 的中空注浆锚索， 锚索安装位置为距离巷道 两帮 300mm 处， 施工钻孔深度为 7000mm， 锚索排距 为 700mm， 预紧力不小于 250kN。两帮 煤柱帮布置 直径为 22mm、长度为 4800mm 的中空注浆锚索， 帮 部锚索呈 “二一二” 三花布置， 上部锚索距离巷道顶板 800mm，垂直于巷帮布置，下部锚索距离巷道底板 600mm，朝巷帮斜向下 30布置，施工钻孔深度为 4500mm，帮锚索排距为 700mm，预紧力不小于 250kN。巷道内中空注浆锚索详细参数见表 1。 表 1中空注浆锚索支护参数表 中空注浆锚索在锚索的基础上， 采用新型中空结 构、 螺纹锁紧方式， 不打滑， 实现小孔径、 大吨位， 施工 安全便利， 可实现锚注一体、 全长锚固、 抗腐蚀、 强度 高、 柔性好、 锚固力强等功能， 中空注浆锚索技术参数 见表 2， 中空注浆锚索如图 3 所示。本次工程试验选 择 φ227200mm和 φ224800 mm两种规格。 表 2中空注浆锚索技术参数 注浆材料选用注锚剂， 为双液混合材料， 分为 A、 B 两种类型， 双液混合后粘度相对较低， 能够渗入到 煤岩体裂隙内， 快速反应后生成强度及韧性均较高的 固结体，将原本松散破碎的围岩胶结为一个整体， 使 其抗拉及抗剪强度得到提高， 受力更加均。注浆时选 用 ZBQS- 8.0/12.0 型气动注浆泵， 该泵体积和重量较 小， 方便井下移动和使用， 可实现无极调速， 使用过程 中安全可靠。 对沿空巷道的锚注加强支护选择在本工 作面回采前进行， 注浆压力通常选取 3～5MPa， 若围岩 相对破碎， 则选取较小的注浆压力， 若围岩完整性较 好， 则选取较大的注浆压力， 通常注浆时间按 30～50s 选取， 当注浆管不再进液时停止注浆工作。 2.2注浆材料及参数 本次中空锚索注浆加固采用的注浆材料为锚注 剂， 状态为液态， 成分为高分子改性树脂， 是由 A、 B 两种组分组成， 主要应用于井下破碎松散煤体、 岩体 裂隙等不良岩层注浆加固， 凝固快可以很快解决煤岩 层破碎、 裂隙问题。注锚剂的主要技术参数见表 3 表 3注锚剂主要技术参数 中空注浆锚索可分为联接段、 灌浆段和锚固段三 部分， 由锚索索体、 托盘、 锁具、 止浆塞等部件构成。 锚 索索体是大强度、 螺旋式、 大应力的钢丝紧密螺旋在 一起的。顶部锚固段为实心， 通过施工机具的搅拌作 用， 在孔底实现端部锚固， 中部有柔性注浆管并设置 出浆口， 孔口处设置锥形止浆塞， 其结构形式如图 3 所示。 （a ）中空注浆锚索结构 （b）截 （剖） 面图 图 3锚索结构形式 由中空注浆锚索注浆时应保证煤岩体内部裂隙 被浆液所填满， 通过浆液的胶结作用将破碎的煤岩体 整合为一个整体， 从而将巷道围岩稳定性提高， 当孔 内注入的浆液开始溢出且无法继续注入时， 停止注浆 工作， 每个钻孔内注入的浆液量可由下式计算 QALπR2βλ 式中 Q 为单孔注浆量， m3； A 为浆液损耗系数， 煤矿现代化2019 年第 3 期总第 150 期 名称规格钻孔直径锚固剂规格锚固长度 中空注浆锚索 φ227200 mm 32mm Cka 超快 35302 Cka 超快 35401 1000mm φ224800 mm 托板30030016mm 金属网50001000mm 规格 索体直 径 /mm 索体长 度 /m 树脂锚固段 长度 /mm 锚索抗 拔力 /kN 钢绞线最 大力 /kN 托盘承 载力 /kN SKZ22- 1/1770223- 121000355400360 混合体积比 （A∶B ） 凝胶时间 （221℃ ） 反应温度抗压强度 贮存期 （20℃ ） 113～30min100℃≥55MPa3 个月 18 ChaoXing 煤矿现代化2019 年第 3 期总第 150 期 取 1.3； L为注浆段长度，取 4.8m； R 为浆液在煤岩体 内的扩散半径， 取 1.5m； β 为煤岩体裂隙率， 取 0.1； λ 为浆液的充填系数，取 0.8。将相关数值带入计算可 得， 单孔注浆量约为 4.12m3。 3矿压观测 通过矿压观测， 对巷道锚注支护效果进行分析， 并及时发现存在的问题或不足，以便对锚索支护参 数进行优化， 对技术方案进行调整， 真正发挥锚注支 护的安全、 经济优越性。 在巷道内布置 14 个测站， 其 中两个测站位于试验区域前方，其余测站位于试验 区域内， 分别对它们进行监测。 初始测站距离工作面 开切眼 300m， 测站间距 20m， 测站布置如图 4 所示。 每个测站内对巷道围岩位移量和顶板锚索受力情况 进行观测。 图 4矿压监测测站布置 3.1巷道表面位移 以锚注加固区域前测站 1、 锚注加固区初始段测 站 4、 锚注加固区中间段测站 8 和测站 9 四个不同阶 段的测站作为研究对象， 取每个测站内两个测面监测 的平均值作为最终值， 80116 工作面回风巷回采期间 各测站围岩变形观测曲线如图 5 所示。 a 顶底板移近量b 两帮移近量 图 5巷道围岩变形观测曲线 由图 5 可知 1 ）1 测站、 4 测站、 8 测站和 9 测站，顶底板 移近量分别为 1125mm、 1024mm、 905mm 和 855mm， 两帮移近量分别为 1357mm、 1194mm、 1078mm 和 1050mm，锚注加固区内巷道围岩变形量明显小于未 加固段。 2 ） 测站 8～9 平均顶底板移近量 880mm，测站 4 顶底板移近量 1024mm，与锚注加固区外 1 测站顶 底板移近量 1125mm 相比，分别减少了 21.8和 9.0； 测站 8～9 平均两帮移近量 1064mm， 测站 4 两 帮移近量 1194mm，与锚注加固区外 1 测站两帮移 近量 1357mm 相比，分别减少了 21.6和 12.0； 可 见锚注加固区中间段测站 8～9 受加固段外围岩变形 影响小， 能够真实反映出锚固支护效果， 锚注加固区 初始段测站 4 受加固段外围岩变形影响较大， 但仍能 起到一定的加固作用。 3 ）围岩变形观测结果表明，对巷道采用中空注 浆锚索锚注加强支护后，巷道围岩强度得到增强， 围 岩形变量得到减小， 满足了回采巷道生产要求。 3.2巷道顶板锚索受力 以锚注加固区域前测站 1、 锚注加固区初始段测 站 4、 锚注加固区中间段测站 8 和测站 9 四个不同阶 段的测站作为研究对象， 根据各测站内锚杆 （索 ） 测力 仪所测数据， 取每个测站内两个测点监测的平均值作 为最终值， 各测站锚索受力变化曲线， 如图 6 所示。 图 6锚索受力曲线 由图 6 可知 1 ）受采动影响初期， 锚索受力平缓增加， 有效控 制了巷道围岩初期的离层、 滑动等扩容现象， 增加的 工作阻力能够有效扩散到围岩中， 有利于保护锚固范 围内围岩的完整性； 2 ） 锚注加固区域中间段测站 8～9 处所测锚索受 力平均为 325kN， 锚注加固初始段测站 4 处所测锚索 受力平均为 295.3kN，与锚注加固区外 1 测站锚索 受力 284.8kN 相比， 分别增大了 12.3和 3.6， 可见 锚注加固区中间段测站 8～9 受加固段外围岩变形影 响小， 能够真实反映出锚固支护效果， 锚注加固区初 始段测站 4 受加固段外围岩变形影响较大， 但仍能起 到一定的加固作用。 3 ）当锚索处于超前支撑应力增高区时，锚索受 力快速增加， 受力越大说明锚固效果越好， 锚索的作 用发挥越充分。根据监测结果， 锚注支护范围内锚索 19 ChaoXing （上接第 16 页 ） 进行支护， 进一步提高了顶板整体稳定， 对顶板下沉、 变形现象得到了有效控制， 东回风大巷架设钢棚后对 其顶板进行三个月观察发现， 在第一个月内由于受掘 进影响， 巷道围岩应力重新分配， 顶板下沉量相对较 大， 最大下沉量为 0.12m， 在第二个月内顶板基本趋 于稳定， 顶板下沉量较小， 下沉量为 0.05m， 第三个月 内顶板岩体应力得到平衡， 下沉量为 0。 4结束语 晋城宏圣建筑工程有限公司常店项目部通过技 术研究，对寺河煤矿东回风大巷过断层破碎带期间， 对破碎顶板采取“注浆 撞楔超前加长锚杆支护 架设 π 型钢棚”等联合维护措施，实际应用效果表 明，采取联合措施后大大提高了破碎顶板稳定性， 避 免了顶板冒落事故发生， 提高了巷道过断层期间掘进 效率， 取得了显著成效。 参考文献 [1] 曹学军.断层区顶板破碎、 漏顶巷道支护工艺[J].能源与节 能， 2016 （01） 35- 36 [2] 张兴. 塔山煤矿破碎煤体巷道掘进中超前锚注加固技术 研究[J].同煤科技.2016 （03） 15- 18 [3] 王新兴.巷道过断层破碎带支护技术[J].煤矿安全.2012 （10） 83- 85 [4] 陶文斌. 大断面巷道过大落差逆断层破碎带支护技术[J]. 煤炭工程.2016 （01） 56- 58 [5] 王立峰.软岩巷道过断层破碎带施工技术[J].建井技术， 2011 （05） 9- 12 作者简介 苏张锋 （1984.05-） ， 男， 毕业于太原理工大学工程造价 专业， 本科， 工程师， 现就职于晋城宏圣建筑工程有限公司， 从事煤矿技术管理工作。（收稿日期 2018- 6- 8） 煤矿现代化2019 年第 3 期总第 150 期 所受载荷大于未锚注区域， 说明锚注加固不仅能够增 强围岩的完整性，而且能使锚索更有效锚固在岩体 中， 使其充分发挥悬吊等作用。 3.3支护方案优化 现场矿压监测结果表明， 锚注加固段巷道平均顶 底板移近量 880mm，与非锚注加固段巷道平均顶底 板移近量 1125mm 相比减少了 21.8； 锚注加固段巷 道平均两帮移近量 1064mm， 与非锚注加固段巷道平 均两帮移近量 1357mm 相比减少了 21.6； 锚注加固 段巷道锚索受力平均为 325kN， 与非锚注加固段巷道 锚索受力 284.8kN 相比增大了 12.3， 可见锚注加固 后整体巷道围岩变形量及锚索受力状况得到了明显 改善， 但现场观察发现， 部分锚注加固区段煤柱及顶 板变形仍然较大。 针对以上所存在的问题， 分析发现进行锚注加固 时， 当巷道围岩已极为破碎， 浆液在围岩中的扩散半 径将受到显著影响， 需要减小注浆锚索间距， 使相邻 注浆锚杆浆液扩散半径能够相互搭接以形成稳固的 承载整体。由此对原加固支护方案进行优化设计， 主 要在顶板中间增加一根直径为 22mm、长度为 7200mm的注浆锚索， 以增强巷道支护强度。 4结论 针对采空侧巷道围岩破碎问题， 制定了中空注浆 锚索加固方案， 矿压观测结果表明， 与未进行锚注加 固时相比， 锚注加固区内顶板和底板的相对移近量减 少了 21.8， 两帮相对移近量减少了 21.6， 锚索受 力增大了 12.3，锚注加固方案起到了显著的效果， 针对部分变形严重区域， 制定了补强加固措施， 有效 维护了沿空巷道围岩的稳定。 参考文献 [1] 黄中峰. 中空注浆锚索破坏规律分析及关键技术性能优 化[J].金属矿山,2015 （09） 116- 121. [2] 马振乾,杨英明,张科学,宋红华.新型中空注浆锚索及其 k 在动压巷道中的应用 [J]. 煤炭科学技术,2015,43 （07） 15- 19. [3] 李桂臣,孙辉,张农,卫英豪,张磊.中空注浆锚索周边剪应 力分布规律研究[J].岩石力学与工程学报,2014,33 （S2） 3856- 3864. [4] 霍振龙,孙志勇,郭相平.强烈动压巷道全长预应力注浆锚 索加固技术[J].中国矿业,2014,23 （06） 106- 111. [5] 姚强岭,李波,任松杰,李学华.中空注浆锚索在高地应力 松软煤巷中的应用研究[J].采矿与安全工程学报,2011,28 （02） 198- 203. 作者简介 乔越 （1987-） ， 男， 山西阳泉人， 2012 年 7 月毕业于太原 理工大学阳泉学院采矿工程专业， 采矿助理工程师， 现从事 煤矿生产技术工作。（收稿日期 2018- 6- 26） 20 ChaoXing