水泥凝胶全长锚固补强维护技术——青海能源发展集团有限公司

1、水泥凝胶全长锚固补强维护技术青海省能源开展集团有限责任公司一、技术背景大通煤矿向斜区 1850 水平准备巷道的施工，意味着向 斜区回采深度已达 700 多米，而且可采的三、四煤组均具有 冲击地压倾向性，尤其在巷道掘进中“煤炮现象较常见，锚 杆支护属柔性支护，它随围岩的整体位移而移动；而锚杆支 护作用受震动影响较小，端头锚固初锚力到达设计要求的 20N/伽2，因此锚杆支护适用于有冲击地压倾向性的井巷工 程围岩支护，但以往采用端头锚固支护的巷道围岩易剪胀变 形位移，随着巷道围岩不断地变形损伤、锚杆锚固力很快衰 减。根据围岩变形观测推断，端头支护未锚固段，锚杆与锚 杆钻孔之间存在 10mm23 mm

2、 三径匹配改良前为 23 mm , 三径匹配改良后为10 m的环形间隙，受“煤炮影响煤岩体 剪切错动，以锚杆为圆心沿钻孔壁径向向煤岩体展开放射性 裂隙，煤岩体抗剪切能力衰减，围岩流变松动圈增大，锚固 段工作阻力减小，围岩整体位移量增大，巷道变形严重，尤 其在层理较发育，有小构造的煤、岩体巷道变形周期变短， 影响正常的平安回采工作，同时巷道返修量剧增，导致原煤 本钱上升。二、全长锚固作用机理锚杆全长锚固将围岩与锚杆粘结成整体，除托板锚力 外，锚杆通过粘结剂，使锚杆与围岩产生抗剪切作用，抑制 围岩变形，这种粘锚力对稳定围岩起重要作用，井巷全长锚 固支护后，在围岩变形损伤过程中，全锚锚杆刚度大、增阻

3、 快，对围岩变形具有较高的径向力，以及限制围岩节理弱面 沿切向方向张开的作用力，使围岩的自承能力得到显著提 高，可有效地控制巷道围岩的变形和破坏。三、水泥凝浆全长锚固补强支护背景及实际效果观测在 2021 年 8 月 30 日在向斜区井巷支护会的讨论决定 下，率先在煤柱东采区 2000 石门至 2007 西二分层运输巷行 人绕巷和 1973 二石门至 1985 西一分层运输巷进行全长锚固 试点，由于这两条巷道在煤层地质位置与邻近巷道关系上较 有代表性，因此对这两条巷道的观测能大致说明煤柱东采区 井巷工程全长锚固的实效性。全长锚固巷道为 B=2.8m 的直墙半圆拱断面，依据锚杆 支护标准中对钻孔

4、直径、锚杆直径、树脂药卷直径合理匹配 的规定，锚杆钻孔采用29 mm钻头风动机具一次成孔或煤电 钻长短麻花钻杆26*1200mm 和26*2100mm 配合二 次匀径成孔，采用20*2200 m无纵筋的高强度左旋螺纹钢锚 杆杆体，锚固剂为三支25*50 m慢速树脂药卷，配合规格 为800*6400 m的12 #铁丝经纬网和20 m的圆钢梯子梁联合支护， 锚杆钻孔实测直径 29.5 m ，锚杆钻孔长度 2100 m ，锚固理论长度达1993伽，锚固长度到达锚杆钻孔总长度的90 %以上，符合锚杆技术标准规定要求。对这两条巷道的变形观测数据如表：表1.两条巷道变形数据巷道名称围岩初次稳定期围岩最大位

5、移量2000石门至2007西二分层运输巷行人绕巷2021.9.11 2021.10.825天全宽：168mm左上：23mm右上：27mm1973二石门至1985西一分层输巷行人绕巷2021.10.19 2021.11.820天全宽：132mm左上：15mm右上：38mm巷道矿压观测结果说明，两帮位移量在200mm以内，顶板下沉量控制在 40mm以内，支护效果明显好于端头支护方 式。在借鉴煤巷全长锚固的根底上， 2021年7月份在公司 技术支持下拟提方案对煤柱东采区 2025东回风巷扩修采用 锚网喷+加长锚杆全长锚固补强支护。2025东回风巷效劳年限达 10年以上，效劳年限长，围 岩岩性为泥质粉

6、砂岩，遇水膨胀，且该段受F3伴生小断层影响，节理较发育，并屡次扩修，围岩松动圈较大，矿对该段扩修列为重点井巷支护技改工程，也有多种扩修方案， 较为理想的有围岩超细水泥注浆和全长锚固补强支护，超细 水泥注浆本钱加大，而且缺少成功经验可借鉴，全长锚固补 强支护本钱较低，但全长锚固支护施工难度大，没有较好的 施工工艺，后经市场调查和公司技术部门技术指导，成功解 决了加长锚杆全长锚固工艺，并在 2025东巷试点成功。经施工现场跟班了解，在施工方面水泥凝胶锚固比树脂 药卷全长锚固，工序简单、劳动强度低、成效高。经济方面树脂药卷全长锚固每孔需三根药卷，3.9元X3支=11.7元/孔；水泥凝胶每孔最大需要2

7、.25升水泥凝胶，每升水泥凝胶需普通水泥1.67千克，2.25升X1.67千克/升X0.5元/千克=1.88元/孔。支护本钱下降 8.82*13.7=134.5 元 /m支护效果方面：喷射砼无开裂现象，巷道肉眼感观无形变现象，160m全长锚固补强支护段布设13组观测点观测围岩帮壁最大位移量为 60mm。猴车底至新三石门为17组， 新三石门以东为8-13组表2.巷道变形量14年8月1日14年 11月18日顶板下沉量帮壁位移量底板鼓起量1-7号点平均位移量45mm60mm200mm8-13号点平均位移量38mm49mm160mm表3.全长锚固前和全长锚固后的变形观测序 号注浆后原断面mm注浆后观测

8、断面mr变形量mm掘进时原断面mr观测后断面mr变形量mmA咼 27432693-5036002200-14001帮 30162990-2636052285-13202高 30022959-4335582303-1255帮 27952762-4336102285-13253高 26812622-5936022810-1422帮 29812945-3635692336-13334高 24652422-4336552400-1255帮 35143489-2536122289-13235高 24202415-5036252480-1145帮 34853482-3236552650-10056咼 30

9、523007-4536702668-1002帮 33713349-2236892479-12107高 30543004-5036252403-1220帮 33653340-2536362625-10118高 24122370-4235692458-1111帮 24962480-1636002390-12109高 27532740-1336222357-1265帮 28572844-1336702375-129510高 27632717-5237102385-1325帮 29852972-1537252390-133511高 29872954-3336902305-1385帮 34973467-

10、2136552409-124612高 29792951-2837052370-1335帮 31873166-2136932690-100313咼 30843013-7136552670-985帮 33303319-1135952640-95514高 28262771-5536022582-1020帮 32693254-1536842689-99515高 28202761-5935872708-879帮 37953775-2037012701-100016高 29862931-5535892479-1110帮 35883552-3636752785-890平 均 变 形 量高 28142771-

11、4736292474-1195帮 32213199-2436482501-1154全长锚固加固前巷道变形曲线图4月3月5月6 n7月8月9月10月11月12月1400mm1 L1200nun1000mm800mm600mm400in in200mm厂180mm/160mm/150mm/140mm/130in iny120mm100mm/80mm/60mmZ：40mm/20in in/5mm表5.全长锚固后变形曲线全长锚固加固后巷道变形曲线图月份变形量4月3月5月6月7.H9月10月11月12月1400 mm1200 mm1000 nini800 mm600 mm400 mm200 mm180

12、mm160 min150 mm140 mm130 mm120 mm100 min80min60mm40mm20mm' .10mm四、全长锚固设备和巷道眼孔布置图图1.全长锚固设备36003800图2.注浆孔示意图五、工艺的可复制性根据上述说明，全长锚固支护可有效地防止粘结破坏， 工作锚固力可长时间处于较稳定状态。在钢筋焊网及喷射砼 等护表构件条件下，锚杆开始失效的极限位移量较端头锚固 大大增加，使巷道最终断面符合设计要求，保证了运输、通 风和行人的畅通，改善了作业环境，为矿井平安生产创造了 良好的条件，有效减少了巷道返修量。全长锚固的应用为下 一步井巷支护积累了一定的实践经验，对类似条

13、件下的巷道 支护具有很好的借鉴作用。具体效果如下：1、粘合加固性：全长锚固是一种普通水泥加FLOWCABLE添加剂混合搅拌后的一种新型材料，具有高度 粘合力和很好的机械性能与岩层产生高度黏合，凝固后有良好的柔韧性，可提高岩层的支撑力。形成了新的加固拱。能 承受随后的采动影响；提高了支护强度。延长了巷道的效劳 年限。2、新颖性：过去锚喷巷支护形式，遇松软粉碎岩层都不 成功。现在全长锚固注浆后，经过凝固巷道形成了整体性， 膨胀时对围岩松动圈裂隙进行充填对破碎松散体进行黏结， 使其成为整体，提高了围岩的稳定性和抗压能力。3、平安性：未全长锚固联合支护前，该区破碎的岩体片 帮严重，巷道收缩变形量大，二

14、次全长锚固联合支护后，未 出现片帮，收缩量小，有效的保证了巷道稳定性。4、快速性：未全长锚固联合支护前，前面巷道返修过 后，后面的巷道又被压坏，拔断的锚杆时时出现，又要重新 返修，增加了巷道维修量和人工投入。经过水泥浆全长锚固 联合支护后破碎的岩体得到了稳定，减少了巷道维修量，从 而保证了巷道的效劳年限。六、应用效果1 .返修巷道，每米巷道返修费用8000元Im , 150m x8000 元Im=120 万元。2全长锚固补强每米费用 1795 元， 150mx1795 元 Im=26.9 万元。同时相比： 8000 返修 Im-1795 补强 /m=6205元Im。全长锚固补强比巷道返修费用低

15、每米 6205 元120 万元 -26.9 万元 =93.1 万元 全长锚固补强比巷道返 修费用总节约 93.1 万元。3根据以上比照：全长锚固补强比巷道返修费用总节约 93.1 万元。七、适用条件 水泥凝胶加固的原理是将锚杆的支护作用与注浆加固 的作用组合起来，共同作用于巷道围岩，通过高强锚注锚杆 压注有机或无机浆液，不仅能从根本上保证锚杆锚固可靠， 而且浆液能够渗透到钻孔周围较大范围的煤岩体中，对出现 松动的煤岩体产生粘结固化作用，显著改善其整体性，提高 煤岩体的自撑能力，从而大大改善巷道支护效果。与单纯采用传统锚杆支护相比，由于水泥凝胶加固支护 既通过注浆加固了围岩，又给锚杆提供了可靠的着力根底； 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，它具有强初撑