谢一矿全锚支护试验报告.doc

谢一矿全锚支护试验报告谢一矿随着开采深度逐年增加，巷道围岩的压力越来越大，尤其受采动影响，围岩弱面发育，地压显现剧烈, 巷道损坏严重，深部软岩巷道支护问题显得尤为突出。在这些复杂困难条件下，按照集团公司部署，分别是在-780m中央出煤石门巷修茬头试用的涨壳式中空注浆锚杆全锚技术，-780mC13底板巷扩刷试用了32中空注脂锚杆、搅拌树脂中空锚杆全锚技术，-780mB4底板巷及延伸交通井下口平台试用了欧科锚杆及久米纳注浆加固技术。通过试验考察全长锚固体系在巷道扩修中应用的可行性，优化支护参数，完善施工工艺，从而探索出一条高应力复杂困难条件下巷道扩修支护新的有效技术途径，以期达到延长巷道服务周期，减小巷修工作量，争取巷道少维护或免维护的目的，这对于保证生产安全，降低巷道维护费用，改善井下施工作业环境，控制企业生产成本以及保持矿井稳产高产具有重要的现实意义。一、涨壳式中空注浆锚杆全锚技术一）、地质简况：谢一矿-780m中央运输石门、轨道石门19912009年分段揭煤施工，是我矿深部中央主要轨道、运输系统巷道，两巷平行，间距25m。巷道由西向东依次穿过B4、B6、B7、B8、B9、B10、B11b、C13、C15煤层，目前服务矿井42、51采区，预计该石门将继续服务1015年。巷道穿过9层煤层，各煤层直接顶、直接底多为泥岩或砂质泥岩，老顶、老底多为砂质泥岩或砂岩。巷道先后穿过6条断层，落差0.46m，围岩受断层及邻近采动影响非常破碎，巷道变形严重。根据2012年9月在C13煤层底板段进行的钻孔窥视试验，得出目前该巷道松动圈半径已达7m左右，普通锚网喷及架棚支护不能满足巷道稳定性要求。二）、工程概况：谢一矿望峰岗井-780m中央运输石门C13段受动压影响，顶板岩石受压破碎，巷道局部坠肚子，为保证行人及出煤系统安全，需要进行巷道刷扩及维护，由修护二区承担施工,要求保证断面达到5.0m3.6m（净）。三）、巷道支护参数：1、一次锚杆支护参数：（1）间排距及布置方式涨壳式中空注浆锚杆与普通锚杆按间排距800800mm相间布置，即一排涨壳式中空注浆锚杆一排普通锚杆。同一排当中，在巷道拱部以中线位置为对称轴布置两根锚杆（距巷道正顶中线处均为400mm），然后按设计间距呈放射状向两侧拱肩部、巷帮依次布置，共布置14根锚杆。拱脚处的锚杆距离巷道底板不得大于100mm。25涨壳式中空注浆锚杆与普通锚杆的安装孔径为32mm。（2）护表方式按-780m中央运输石门C13段刷扩施工安全技术措施中的规定执行，即金属网规格6.01750930mm，网格100100mm，锚网压茬100mm。2、一次锚索支护参数：（1）间排距及布置方式中空注浆锚索与普通锚索按间排距2000mm1000mm按照1212布置，即一排中空注浆锚索两排普通锚索。同一排当中，在巷道拱部以中线位置布置一根锚索，两边对称各布置两根，共布置5根锚索。22中空注浆锚索与普通锚索的安装孔径为32mm。考虑到-780m中央运输石门中有皮带运输机，会影响到帮部锚索的打眼安装，为了便于施工，允许根据实际条件对皮带运输机一侧巷帮部直墙部分的锚索孔位作适当调整，帮部锚索孔允许以不超过15的角度上仰。（4）锚固参数22中空注浆锚索采用2卷Z2355树脂锚固剂进行端部锚固，22普通锚索采用3卷Z2355树脂锚固剂进行端部锚固。（5）预紧力矩中空注浆锚索与普通锚索张拉预紧力应保证不低于180KN。（6）护表方式钢带采用M2802400mm，3个锚索孔，3排钢带沿巷道走向与锚索组合施工（正顶一排，巷道两边肩窝处各布置1排）。钢带和钢带串连在一起。锚索加钢带组合支护必须滞后喷浆施工。图 -780m中央运输石门锚注支护断面图图 -780m中央运输石门锚注支护平面图3、 注浆工艺设计注浆设备使用液压注浆泵和配套的电动浆液搅拌机。采用标号不低于P.O42.5级硅酸盐水泥按8%12% 的比例添加锚注专用添加剂作为注浆材料。浆液稠度先按水灰比1：1.5实行，即搅拌桶投放5袋水泥和1袋水泥添加剂，配制浆液时首先放水，30cm高适宜，再放2袋水泥，然后倒入1袋水泥添加剂，接着放入3袋水泥，最后加水至桶满即可。25中空锚注锚杆注浆时注浆终了压力按5MPa设定，22大直径中空注浆锚索注浆时注浆终了压力按810MPa设定。注浆时要悬挂注浆牌板记录每根25中空锚注锚杆、22中空注浆锚索的注浆量以及注浆终了压力，以便根据情况及时调整注浆参数。四）涨壳式中空注浆锚杆全锚效果检验：1、锚杆拉拔试验：锚杆拉力计型号：MLK-30/20生产厂家：常州市安信仪器设备有限公司锚杆锚固力的计算公式：F(KN)=P(Mpa) S(cm) P是压力表读值(Mpa) S是千斤顶活塞面积：28.46cm 1Mpa=0.1KNcm 1KN=0.102t第一根涨壳式中空注浆锚杆拉拔计拉拔至20MPa时，没有继续张拉，杆体未动，计算拉拔力如下：F=20MPa28.46cm=2.0KN28.46cm=56.92KN =5.692t 第二根端锚式中空注浆锚杆安装Z2355型树脂锚固剂一卷并搅拌实现端锚，拉拔计压强表读数为30MPa，计算拉拔力如下：F=30MPa28.46cm=3.0KN28.46cm=85.38KN =8.538t 当拉拔力达到8.538吨时，锚杆垫板变形，锚杆杆体未动。2、钻孔窥视仪观测： 2012年5月2日，分别对-780m中央运输石门C13巷修段顶板与帮部围岩进行了钻孔窥视观测。顶板观测结果如下：图1.-780m中央运输石门C13巷修段顶板孔口处钻孔窥视图图2. -780m中央运输石门C13巷修段顶板0.1m钻孔窥视图图3.-780m中央运输石门C13巷修段顶板0.3m钻孔窥视图图4. -780m中央运输石门C13巷修段顶板0.8m钻孔窥视图图5. -780m中央运输石门C13巷修段顶板2.1m钻孔窥视图通过钻孔窥视可知，巷道顶板0.5m范围内，岩性以煤层和碳质页岩为主，岩性较软，结构疏松，围岩由水泥浆液出现。顶板0.5m-2m范围内，以砂岩为主，裂隙发育中等。顶板2m以上未见裂隙出现。帮部观测结果如下：图6. -780m中央运输石门C13巷修段帮部孔口处钻孔窥视图图7. -780m中央运输石门C13巷修段帮部0.4m钻孔窥视图图8. -780m中央运输石门C13巷修段帮部1.7m钻孔窥视图通过钻孔窥视可知，巷道帮部0.3m浅部范围内，岩石破碎，可见明显离层，裂隙非常发育，帮部0.3m-1m范围内，岩性以砂岩为主，强度较高，裂隙较为发育，裂隙距离逐渐增大。帮部1m-3m内，偶见裂隙，未见离层现象。帮部3m以外未见裂隙出现。3、离层仪观测现阶段在试验巷道离层仪观测分别在顶板和帮部安设1个离层观测点，观测记录如下：表 1谢一矿中空注浆锚杆、锚索支护试验巷道离层仪监测结果日期顶板帮部浅基点（mm）深基点（mm）浅基点（mm）深基点（mm）5月2日00005月5日00555月8日55555月10日101010105月15日101020205月18日151520205月24日00005月26日00005月30日00006月4日00556月7日55556月10日101015156月13日101015156月15日101015156月18日101018186月20日101018186月26日151520206月30日151520207月7日151520207月12日151520207月22日202030307月29日202035358月17日252545458月22日252545459月3日252545459月18日25254545通过表1可以看出，在机械涨壳式中空注浆锚杆安装未注浆后顶板下沉量为30mm，帮部偏移量为55mm后，趋为稳定，围岩变形以3m内浅部离层变化为主，深部围岩没有出现离层现象。4、 巷道表面位移观测巷道表面位移采用十字交叉法观测。表面位移监测采用钢卷尺和测绳测量，观测方法为：在C，D之间拉紧测绳，A,B之间拉紧钢卷尺，测读C0，CD值。 -780m中央运输石门C13巷修段布置一组巷道表面位移观测站，分别记录巷道采用机械涨壳式中空注浆锚杆注后在未注浆时期和注浆支护时期的巷道变形情况，观测结果见表2。图 表面位移测点布置表2 谢一矿中空注浆锚杆、锚索支护试验巷道表面位移监测结果 变形量日期AB值（mm）CO值（mm）实测差值实测差值5月2日46200159005月5日46200159005月8日46155159005月10日461010158555月15日4610101580105月18日4605151580105月20日注浆日期5月24日4600201575155月26日4600201575155月30日4595251575156月7日42550134006月10日42550134006月13日42505134006月15日42505134006月18日42505133556月20日42505133556月26日424510133556月30日4240151330107月7日4240151330107月12日4230251330107月22日4230251330107月29日4220351325158月17日4220351325158月22日4220351320209月3日4215401320209月18日421540132020从-780m中央运输石门C13巷修段巷道表面位移观测数据中可以看出，对比注浆前后各时间段内巷道围岩变形，其变化速率趋势是逐渐减小的。从5月2日至18日，其巷道顶板下沉量为10mm，说明顶板岩石强度较低，顶板围岩为0.5m厚度煤线和泥岩，其容易发生离层、裂隙；两帮围岩以砂岩为主，强度较高，两帮移近量为15mm。注浆支护后，4个月时间内顶板下沉量总计为25mm，两帮移近量总计为45mm，其围岩变形趋势得到明显抑制，破碎岩块与水泥浆液已固化为一体，对维持巷道稳定性起到了重要作用。五）试验结论1、体现出的优点：1）、与单纯采用锚杆支护相比，由于锚注支护既通过注浆加固了围岩，又给锚杆锚索提供了可靠的着力基础；既能有效地提高围岩的自身强度又能改善支护体的支护特性，使围岩承载能力得到显著提高，巷道变形量明显降低，是一种非常好的主动支护形式， 2）由于没有端锚长度，增加了注浆扩散半径,实现深部注浆效果。3）安装后能迅速形成锚固力，确保了注浆的时间和注浆量，注浆后实现锚杆全长锚固。4）杆体为连续螺纹，全长等强且延伸性好，能更好地适合围岩变形；2、所存在的问题：1）巷修茬头围岩松动圈较大、岩性破碎时，造成钻孔容易变形。安装锚杆时，一旦出现夹杆体现象，就不易退出锚杆，否则涨壳楔头易在钻孔中部涨开。2）巷修茬头围岩松动圈较大、岩性破碎时，涨壳楔头涨开后锚杆预紧力较低。二、32中空注脂锚杆全锚技术一）、工程概况：谢一矿望峰岗井-780mC13北底板巷长时间受强烈地压作用，出现严重变形破坏, 其中部分巷道已无法正常使用。按照矿计划安排，由修护一区对-780mC13北底板巷进行修复。-780mC13北底板巷扩修断面为3.83.0m直墙半圆拱。二）、围岩变形破坏机理的分析后部采用普通锚杆及预应力锚索支护扩修过的巷道中可以看到很多顶板锚索悬露在顶板上，如图1所示。巷道围岩严重变形而锚索本身保持完好，既没有见到因岩层膨胀产生拉伸作用引起的断索断丝现象，也未见有明显的由岩层错动引起的弯折现象，这一现象说明锚索没有起到或者说没有充分起到应有的作用，究其原因是锚固方式不合理。端锚锚索自由段基本不产生径向约束效应，无法对岩层的剪切膨胀和层间错动及时做出响应; 同时由于软岩中锚固强度低,其轴向约束效应也会不同程度地打折扣,从而使其难以产生应有的支护作用。同理，端锚锚杆也存在这样的弊端。ab图 后部已扩修巷道顶板锚索悬露在顶板上,未见断丝、折弯三）巷道支护参数：（1）锚杆规格32中空注脂锚杆长度2500mm，直径32mm。普通锚杆长度2500mm，直径22mm。（2）间排距及布置方式32中空注脂锚杆与普通锚杆按间排距800800mm相间布置，即一排涨壳式中空注浆锚杆一排普通锚杆。同一排当中，在巷道拱部以中线位置为对称轴布置两根锚杆（距巷道正顶中线处均为400mm），然后按设计间距呈放射状向两侧拱肩部、巷帮依次布置，共布置14根锚杆。拱脚处的锚杆距离巷道底板不得大于100mm。 （3）安装孔径32中空注脂锚杆的安装孔径为38 mm、42mm。（4）锚固参数25涨壳式中空注浆锚杆安装初期为机械涨壳锚固，不需要使用树脂锚固剂。普通锚杆采用2卷Z2355树脂锚固剂进行端部锚固。（5）预紧力矩安装25涨壳式中空注浆锚杆时，应保证达到螺母预紧力矩不低于200Nm,以较高的预紧力对围岩施加较高的早期支护阻力。（6）护表方式金属网规格6.01750930mm，网格100100mm，锚网压茬100mm。四）涨壳式中空注脂锚杆特点：外表全长滚压梯形螺纹，中空锚杆体内装有卷式树脂锚固剂、活塞，杆体前部装有出浆头。内置卷式锚固剂，在水压的冲击下经混合器混合从锚杆顶端沿钻孔流出，充满钻孔实现全长锚固图 ：安装中空注脂锚杆图：液压枪向杆体内注高压水图：中空注脂锚杆试用成功五、锚杆拉拔试验：锚杆拉力计型号：MLK-30/20生产厂家：常州市安信仪器设备有限公司锚杆锚固力的计算公式：F(KN)=P(Mpa) S(cm) P是压力表读值(Mpa) S是千斤顶活塞面积：28.46cm 1Mpa=0.1KNcm 1KN=0.102t第一根锚杆拉拔计压强表读数为42MPa，计算拉拔力如下：F=42MPa28.46cm=4.2KN28.46cm=119.532KN =12.197t当拉拔力达到12.197吨时，锚杆垫板和套管均变形，锚杆杆体未动。第二根锚杆拉拔计压强表读数为55MPa，计算拉拔力如下：F=55MPa28.46cm=5.5KN28.46cm=156.53KN =15.972t当拉拔力达到15.972吨的时侯拉拔机上的垫板和套管均变形，锚杆杆体未动。六、结论：1、体现出的优点：（1）采用厚壁无缝钢管，表面螺纹采用连续滚压成形工艺，锚杆杆体全长等强；（2）锚杆杆体具有连续的梯形螺纹，锁紧可靠，且能提高浆液与杆体的结合力；（3）内置于杆体内的锚固剂药卷在高水压的冲击下迅速充满钻孔内部，使树脂锚固剂充分与岩面结合，实现可靠的树脂全长锚固，提高锚杆的锚固力。（4）消除了岩石破碎时树脂药卷插入钻孔困难且容易破裂、损坏的现象。（5）通过实践表明，并根据拉拔试验，32mm中空注脂锚杆较25mm中空锚杆抗压及抗拉力更好，支护强度更高。2、所存在的问题：（1）巷修茬头围岩松动圈较大、岩性破碎，容易塌眼，安装大直径锚杆较困难。（2）注脂需要配备液压泵，安设高压管、液压枪，设备配套繁琐。三、欧科锚杆及久米纳化学注浆加固技术一、地质简况：1、-660-780m猴车下平巷地质简况-660-780m猴车下平巷位于B4煤底板，距B4煤底板法距在1118m之间，巷道岩性以砂泥岩互层为主，岩层总体上呈单斜形态，走向150160，倾向NE方向，倾角约13，-780轨道巷实见一斜切正断层f（35750H=0.8m），巷道位于该断层下盘。2、-780m轨道巷地质简况-780m轨道巷位于B4煤底板，猴车下平巷口至-780m中央石门口段巷道距B4煤底板法距在1326m之间，巷道岩性以砂泥岩互层及砂质泥岩为主，岩层总体上呈单斜形态，走向150160，倾向NE方向，倾角1318，该巷道实见一斜切正断层f（35750H=0.8m），巷道斜穿该断层。该段巷道上方存在两条较近老巷：-740-780m转折斜巷（最小净垛约6m）及-740-780m皮带斜巷（最小净垛约21m）。二、工程概况：-780mB4底板巷受采动影响，局部20m范围巷道变形严重，断面仅为2.62.2m。为保证该段巷道正常使用，修护二区8月份按4.4m3.6m（净）设计断面扩刷，采用东华鸥科32mm中空锚杆全长锚固支护围岩，支护密度间排距800800mm；-660m-780m延伸交通井下口平巷（25m范围内），巷道顶板局部炸浆皮、顶板离层，8月份采用东华鸥科专用注浆管注久米纳组B组化学浆对巷道进行加固。注浆采用型号3ZBQS-12/20气动注浆泵注浆。目前统计久米纳组B组化学浆共计9.97吨。附图：注浆前巷道状况： 附图：注浆后巷道状况：三、材料特点：经谢一矿及东华欧科公司相关人员在施工现场进行的混合凝固及锚杆拉拔力试验，该材料有如下特点：（一）反应时间迅速，A、B组份材料混合后不超过40秒材料初凝，充填材料在从锚杆孔流出后，稍后凝固。（二）锚杆树脂抗压强度高，反应温度低，最高拉拔力为50MPa(15.97T)，反应温度不超过100度，渗透性和粘结性好，能进入煤岩体细小的裂隙，将锚杆与岩体形成统一整体，提高岩体的整体抗压强度。（三）材料参数：发泡率：1.83.2倍；初凝时间40秒；终凝时间：20分钟，阻燃，、有弹性、高强度、高粘结力的特点；该产品技术参数见下表（表1）产品特性A组份B组份外观淡黄色或无色透明液体深褐色液体比重（232）kg/m102020121020使用配比（体积比）1:1反应特性拉拔时间2分钟锚杆拉拔力/MPa50MPa（26.3T）（四）与一般单液浆相比，欧科久米纳A、B液着力优越，与岩石、钢材粘接强度高，流动性良好，常规产品流动半径达到3m以上，有效固结范围大。（五）浆液灌入裂缝内，向裂缝周围渗透（形成一次渗透），随即发生反应，发泡膨胀产生二次渗透，渗入混凝土缝隙产生了较大的渗透半径和凝固体积，以致最终形成体积大，抗压强度高，加固效果佳的凝固体。（六）化学稳定性高，耐酸、碱、盐和有机溶剂，表面光滑耐磨，不长霉，固结体有良好的耐久性。（七）注浆范围可控，材料较普通单液浆用量相比非常低，施工方案可根据控制材料的反应时间从而控制材料的注浆扩散面积、范围，达到控制注浆成本。（八）具有良好的膨胀性能，膨胀体积超出裂缝空腔容积。（九）100%树脂含量，无任何挥发性（VOC）物质，几乎没有任何异味，通过国家建材环保认证；阻燃性优，对于煤矿工程应用安全可靠。材料阻燃性能符合国家MT113-1995关于煤矿井下用聚合物制品阻燃和抗