B090207-锚注联合支护在朱仙庄煤矿软岩巷道的应用

锚注联合支护在朱仙庄煤矿软岩巷道的应用黄 胜 甘永胜 淮北矿业集团袁店一矿筹备处,安徽 淮北 23500摘 要 分析了巷道的破坏原因，采用架棚+锚、网、喷+锚注联合支护技术，有效地控制了巷道的变形破坏，取得了良好的围岩控制效果。关键词 锚注 联合支护 软岩巷道-前 言淮北矿业集团朱仙庄煤矿位于淮北矿区宿东煤田北部。矿井采用立井两水平分区式开拓，一水平标高-435m，二水平标高-680m。井田内地质构造复杂，断层突出，涌水量大，地压大，巷道受压变形严重。特别是二水平延深工程II832一区段，由于采用U型棚支护，巷道来压时，两帮收缩、底臌，巷道变形严重，前掘后修，严重影响了安全和生产。为此，调整支护形式，采用架棚锚、网、喷滞后注浆联合支护技术，很好地控制了围岩。1 巷道概况及破坏原因II832一区段岩巷距八煤层底板3040m，埋深-560 m。区段内地质构造复杂，35m小断层比较发育，顶、底板均为泥岩、砂质泥岩，胶结性差，节理、层理较发育，易风化，遇水膨胀率高，软岩特征明显。一些主要大断层有一定的摆动和延伸，受大断层及其伴生断层的影响，巷道的施工及维护非常困难。II832一区段已施工段原采用三节U29拱形支架支护，U型钢连接件为螺杆夹板式，这种支护低阻滑移，难以控制和适应围岩变形。由于底板松软，支架易插底，巷道底臌速度较快，巷道变形较大。从巷道的变形特征看，两帮内移较大，底臌量较大，断面收缩较严重，其主要是普通 U型钢支护在支护初期，支护与围岩间存在大量不均匀空隙，造成支架初期不承载，支架的设计承载能力难以发挥。2 支护形式分析巷道支护形式大体可以分砌碹、架棚、锚喷、锚注等支护形式。（1）砌碹支护砌碹支护属于一种被动支护，存在支护不及时、空帮、空顶及碹后充填不实等问题，在应力集中区容易造成碹顶变形开裂。该支护技术已被淘汰。（2）架棚支护II832一区段岩巷已施工段采用U型棚单一支护，U型棚支护虽然具有较高的支护强度，能适应较大的巷道变形，但其不能及时封闭围岩，特别是在软岩巷道或应力集中区，易造成U型棚变形。（3）锚、喷支护锚、喷支护是一种主动支护，施工便捷，适用性广，朱仙庄矿的大多数岩巷施工均采用此类支护。但此类支护必须根据不同的地质条件确定不同的支护参数，而在施工中不同围岩特性的巷道往往套用同一支护参数，使得支护达不到预计效果。此类支护隐蔽性大，容易造成大面积浆皮脱落及冒顶事故。（4）锚注支护以注浆锚杆及浆体加固为主的主动加固形式。对于节理裂隙发育的煤体和岩体，注浆可改变围岩的松散结构，提高粘结力和内摩擦角，封闭裂隙，使岩体强度显著提高。注浆加固可为锚杆提供可靠的着力基础，使锚杆对松散围岩的锚固作用得以发挥。3 锚注加固作用 采用注浆锚杆注浆，可以利用浆液封堵围岩裂隙隔绝空气，防止围岩风化； 注浆后浆液将松散破碎的围岩胶结成整体，提高了岩体强度； 注浆后使得喷层壁后充填密实，保证荷载能均匀地作用在喷层和支护体上，避免出现应力集中点而遭破坏； 利用注浆锚杆注浆充填围岩裂隙，配合锚喷支护，可以形成一个多层有效的组合拱，扩大了支护结构的有效承载范围，提高了支护结构的整体性和承载能力； 注浆加固后能使普通端锚杆实现全长锚固，提高了锚杆的锚固力和可靠性，保证了支护结构的稳定，且注浆锚杆的本身亦为全长锚固锚杆，它们共同将多层组合拱连成一体形成共同承载体，提高了支护结构的整体性； 注浆使支护结构的断面尺寸加大，围岩作用在支护结构上的荷载所产生的弯矩较小，降低了支护结构中产生的拉应力和压应力，提高了支护结构的承载能力和适应性。4 加固方案近年来淮北矿区大力推广了锚杆支护技术，但在松软破碎围岩中，围岩本身的可锚性差，高强锚杆的锚固性能难以发挥，特别是围岩松动范围大、顶板围岩松散破碎的情况下，围岩本身的自稳能力较差，允许空顶时间较短，完全使用锚杆支护较难实施。II832一区段岩巷围岩较破碎，特别是过煤段和断层破碎带，因此决定采用架棚+锚、喷+锚注对围岩进行联合支护，以提高围岩体强度和稳定性，控制巷道变形。4.1 支护参数（1）架棚支护所架设的棚子为U29型钢支架。金属网由直径10mm的圆钢焊制，规格650300（mm），网孔100100（mm）。（2）锚、网、喷支护锚杆为采用IV级螺纹钢加工而成的高性能锚杆，顶、帮锚杆直径均为22mm、长2500mm。锚杆用2卷Z2360型树脂锚固剂加长锚固，顶、帮锚杆间排距均为800800（mm），锚固力设计不低于80kN，锚杆的预紧力不低于300Nm。金属网由直径6mm的钢筋（或直径10mm的圆钢）焊接而成，规格15001000（mm），网格为100100（mm）。锚杆托盘采用直径200mm的碟型大托盘。混凝土喷层初喷厚度为50mm，复喷厚度为3050mm，混凝土配比为水泥黄沙石子=122。（3）注浆支护注浆锚杆材质为钢管（黑皮管）加工制作，直径25.4mm，长度分别为1000mm、2000mm，锚杆末端焊实，底端1.0m长度内错开钻孔，孔径由大逐渐变小，前端孔径8mm，后端孔径4mm。注浆材料采用P.O32.5级普通硅酸盐水泥浆液。注浆锚杆间排距为15001500（mm）。注浆孔深度一般为2m。如遇岩石严重破碎、塌孔等可重新补打或将注浆孔加深至4m左右，注浆锚杆随之加长。注浆锚杆外露长度为150mm。封孔用2卷快硬水泥卷，水泥卷直径30mm，长400mm。4.2支护工艺及要求4.2.1 支护工艺支护施工工艺流程如下：初喷混凝土两帮和顶部进行锚、网支护架棚支护复喷混凝土注浆支护。4.2.2 技术要求（1）初喷混凝土巷道爆破后敲帮问顶，将活矸处理掉，及时喷射混凝土封闭围岩，喷层厚度50mm。（2）锚、网支护顶部采用气动锚杆钻机钻孔；帮部采用气动凿岩机钻孔。孔深与锚杆等长；采用加长锚固方式。帮部锚杆滞后掘进迎头810m安设。采用MQS-90J2气扳机对锚杆进行二次紧固，使锚杆的预紧力达到设计要求。（3）架U型钢拱形支架支护 架棚净尺寸要求为宽度不小于3400mm、高度不小于3100mm，侧腿外扎角为84。 架棚尺寸严格按设计断面施工，净高允许误差050mm，净宽允许误差050mm。 棚距为500mm，棚与棚之间用6根直径16mm的圆钢拉杆连接。 支架搭接长度400mm，每个搭接处用2副新型限位双槽夹板，铁鞋为20020010（mm）。 腰帮过顶采用钢笆，交叉密排，并要求横平竖直。支架的顶部及两帮、肩窝应背紧、背严、背牢，不得出现空帮空顶现象。 棚腿采用料石铺底穿鞋，料石规格为300300150（mm）。 壁后充填注浆。（4）复喷混凝土巷道复喷前，注浆锚杆尾部螺纹部分使用特制护套保护，防止被浆液覆盖。对完成U型棚支护的巷道进行复喷封闭，复喷厚度为3050mm，复喷后壁面不得出现空洞、裂隙，洒水养护不少于7天。（5）锚注支护 注浆工艺：打注浆锚杆孔安装注浆锚杆注底角孔注帮部孔注顶板孔。 注浆采用自下而上、左右顺序作业的方式，注浆完毕后，根据观察结果确定是否复注及复注位置。 连接好注浆系统管路设备，检查注浆泵各部件，先用水试注，确认系统连接准确可靠后，方可正常注浆。 浆液水灰比约为11.5，水玻璃掺量为水泥重量的35%。在配浆容器中搅拌5min后配成注浆液。水泥在倒入搅拌桶时要过筛。 开泵注浆按定压、定量控制注浆。注浆最大底角锚杆压力为3MPa，帮锚杆压力为1.5MPa；每孔注浆量不少于100L。 注浆时，注浆工要站在注浆锚杆侧面1m以外，以防孔内喷浆伤人。注完一孔停泵后，注浆工应立即卸下注浆管，并把它与另一根注浆锚杆快速连接，开始注浆。为加快注浆速度，可对23根锚杆同时注浆。 注浆过程中要随时观察记录各注浆参数的变化，观察巷道表面变形情况，若发生跑漏浆液或巷道变形、冒顶征兆，应立即停止注浆处理。每班注浆后，用水冲洗管路5min，以防堵塞。锚注支护布置如下图所示。图 注浆锚杆布置断面示意图5 注浆加固效果分析从监测结果看(见下表)支护效果比较明显。巷道收敛量很小，巷道没有出现明显底臌，围岩基本处于稳定状态。表 II832一区段岩巷监测数据表日期巷道宽度（m）巷道高度（m）测点1测点2测点3测点4测点1测点2测点3测点407.5.313400340433983402310231003098309607.6.113390339533873395309630953093308907.6.193384338833813390309230923090308607.6.303381338533773388308930883087308407.7.23378338233743386308630863084308107.7.113376338033713385308430843082307907.7.203375337833693384308230823080307807.7.313374337833683384308230803079307707.8.73374337733473382308030783078307607.8.183373337733753380308030783078307607.8.27337233763374337930793077307730756 结 论采用锚注支护技术能有效地固化围岩，使巷道松散岩体形成一个再生自然拱，提高围岩的自承能力，使围岩位移量减小，巷道变形得到明显控制，改善了巷道状况，提高了矿井的安全性。通过锚注联合支护技术在朱仙庄煤矿的具体应用，证明了锚注联合支护对于控制软岩巷道的变形具有显著效果。参考文献：1陆士良，汤雷.巷