安徽省淮南矿业集团顾桥矿修护一区 安徽淮南市 232000
摘要：针对顾桥矿复杂地质条件下巷道修护难度大，巷道失修率高，时常出现无效修护和重复修护等问题，提出了采用普通锚杆（索）喷+中空注浆锚杆（索）联合支护的方案，即采用以注浆锚杆（索）主动支护为基础的预应力锚注加固技术。介绍了中空注浆锚杆（索）支护原理、施工工艺，并在北一下山采区13-1轨道下山上车场巷道修护施工中进行了试用。试用结果表明：采用新型中空注浆锚杆（索）能够有效地提高巷道围岩强度和自承能力，巷道稳定期延长，较好地控制了巷道围岩变形。
关键词：高应力复杂地质条件；中空注浆锚杆（索）；联合支护
1 概况
北一下山采区13-1轨道下山上车场巷道为采区系统生根巷道，巷道位于11-2煤层顶板、13-1煤层底板，距13-1煤层底板最近距离不到6m，北侧有北一下山采区13-1胶带机下山和北一下山采区13-1岩石回风下山，南侧有北一下山采区11-2煤层回风下山、北一13-1下山采区-850m以下瓦斯治理排矸斜巷、-850m以下瓦斯治理排矸车场和北一下山采区13-1煤层回风下山，且1121（3）、1122（3）、1121（1）、1122（1）采煤工作面均已回采结束，巷道交叉重叠较多，巷道围岩以砂质泥岩及粘土岩为主。由于受地压和工作面重复采动影响，巷道严重变形，严重影响行人、打运安全，为了保证该巷道能满足安全生产需要，必须要对该巷道进行修护加固。
图3-2 13-1轨道下山上车场第三次修护前巷调示意图
2 巷道变形特征及其修护加固技术思路、对策
2.1北一13-1轨道下山上车场巷道变形特征
通过对该段巷道设点观测分析，巷道变形和破坏特征具有以下特点：
1）巷道两帮、顶底板移近量很大，一般为1.2～3.0米。
2）成巷初期，特别是在采、掘动压显现期，变形速率非常大，最大的达116mm/月。
3）巷道围岩变形持续时间长，具有明显的流变性。
4）巷道围岩变形易受扰动性。受采动影响后，其变化和破坏程度明显加剧。
2.2上车场巷修加固技术思路
自北一下山采区13-1轨道下山上变坡点至1123（3）提料斜巷段约210m区段，巷道断面由半圆拱型变成尖顶形状，表现为两帮整体内移，底板鼓起，顶板下沉，巷道变形剧烈，巷道围岩破碎严重。该段巷道在七年服务年限内，已进行了2～3次帮、顶刷扩（累计刷扩厚度最大达3.0米），4～8次卧底修护施工（累计卧底厚度最大达4.5米）如图3-2。
实践经验告诉我们，对于受叠加动压影响的永久巷道，在不均匀高应力动压影响下，巷道将发展出极限隐性拱，并最终导致支护失效。由于该段巷道围岩松软破碎，地质条件极其复杂，周边巷道彼此叠加，相互影响，再加上巷道周边采、掘活动频繁，动压显现互相叠加，通常采用的单一的主动加固支护方式（喷注浆、锚网支护等）收效甚微，为此该段加固的技术思路应采用普通锚（杆、索）网喷+中空注浆锚杆（索）联合支护的方案。其原理就是利用注浆锚杆注浆充填浅部围岩裂隙，利用注浆锚索注浆充填深部围岩裂隙，以形成的多层组合拱结构，即采用以锚杆锚索主动支护为基础的预应力锚注加固技术，从而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，增强其抗扰动能力，进而达到延长修护后巷道的服务年限。
2.3 巷修加固技术对策
2.3.1采用以中空锚杆（索）主动支护为基础的预应力锚注加固技术
预应力锚注加固技术就是将注浆加固与锚杆（索）支护有机地结合起来，锚杆锚索支护可以施加较大的预紧力，属于主动支护，它可以强化围岩强度、改变围岩受力状态，提高围岩的承载能力。但在修复巷道中，由于围岩松软破碎，可锚性差是造成锚固力低和失效的重要原因。树脂端部锚杆和锚索虽然施工简单快捷，同时可以快速施加较大的预紧力，然而其锚固方式为端部或局部锚固，锚固的有效性更大程度上依赖于锚杆锚索两端岩体的稳定性。一旦锚杆锚索两端松动破坏，必然导致锚杆锚索失效。预应力锚注加固技术是锚杆（索）支护与注浆加固的有机结合，它是以树脂局部锚固锚杆、锚索为基础，以注浆加固为主的一种支护及加固围岩的方法。注浆加固区的形成及锚杆（索）全长锚固的实现，不仅可以将破碎或软弱的岩体胶结在一起，为锚杆和锚索提供可靠的着力基础，而且通过浆液充填孔壁使锚杆和锚索对松碎围岩的锚固作用得以充分发挥，中空注浆可以使锚杆（索）的作用原理得到充分发挥，中空注浆锚杆（索）可以使注浆位置空间更具有针对性和方向性，二者相辅相成，合力增强巷道周边围岩的稳定性和自我承载能力。
2.3.2 中空注浆锚索支护原理
中空注浆锚索是一种新型支护技术。它不仅具有普通锚索的吊、挤压加固、组合拱及锲固等作用外，还具有一下主要支护作用：
1）改善围岩性质，提高围岩承载能力。
2）中空注浆锚索注浆后，全长锚固，与围岩形成一个整体。
3）高预应力锚索。中空注浆锚索索体采用高度螺旋筋预应力钢丝编绞而成，特别适用于施加高预应力。施工时，先将锚索张拉至设计锚固力，再进行高压注浆，岩体压力荷载便通过锚索传递到深部稳定的岩体，从而更有效控制巷道变形。
4）强化组合拱。利用中空注浆锚索注浆充填围岩裂隙，配合锚网喷支护，形成一个多层有效组合拱，即喷网组合拱、锚杆（索）两端压缩组合拱及浆液扩散加固拱，提高了支护结构的整体性和承载能力。
3 巷修加固方案设计
巷道采用直墙半圆拱形，巷道断面规格宽×高：5800×4600mm。巷修加固形式：预应力锚注支护。
1）卧底、拆棚及刷扩
为便于巷道修复，巷修前先对施工段进行卧底，然后再进行刷扩。刷扩施工必须要在临时支护下进行，要求刷扩长度够打锚杆时必须要及时施工锚杆及锚索，即按照拆一锚一的循环方式进行施工。挂设1800×1000mm钢筋网，钢筋网之间必须压茬，压茬不小100mm，钢筋网之间使用14#铁丝连接，锚杆施工压茬处。
2）普通锚杆及中空注浆锚杆支护
扩刷后应及时进行普通锚杆及中空注浆锚杆支护。为降低成本，中空注浆锚杆间隔布置，中空注浆锚杆的间排距为2400×2400mm，普通锚杆间排距为800×800mm。即每施工3排锚杆，其中二排全部为普通锚杆，另一排沿巷道周边每隔2根普通锚杆施工1根注浆锚杆，中空注浆锚杆规格：Φ24×2530mm，普通锚杆规格：Φ22×2500mm，每根中空注浆锚杆放置1卷Z2380树脂锚固剂，每根普通锚杆放置2卷Z2380锚固剂，锚杆预紧力矩不小于200Nm（图4-1）。
4）常规锚索支护
锚索长度是锚索支护的最重要的参数，确定锚索长度的主要依据是顶板岩性结构及巷道断面，由于该巷道宽度为5.8m，若两帮各按松动0.6m考虑，则巷道的实际跨度将达到7m，根据自然冒落拱理论，锚索规格设计为Φ21.8×7700mm，锚索间排距：
1200×800mm。为便于对深部围岩进行注浆加固，注浆锚索也是间隔布置，即每施工3排锚索，其中两排全部为普通锚索，另一排沿巷道周边每隔1根普通锚索施工1根注浆锚索，每根常规锚索放置3卷Z2380树脂锚固剂，常规锚索紧跟刷扩迎头施工，普通锚索张拉预紧力不小于120KN。
5）喷浆
为了防止中空锚杆注浆时漏浆，注浆前必须要对巷道进行喷浆，喷浆材料可选用东华欧科生产的具有早强、速凝特性的KWPS-1QZ矿用无机速凝喷射复合砂浆，喷层厚40～50mm（注：中空注浆锚杆位置喷层厚度不小于50mm）。
6）中空锚杆注浆技术要求
中空锚杆注浆材料为东华欧科生产的久米纳矿用无机充填加固材料，水灰比0.3～0.5，注浆压力：3～4MPa，注浆稳压时间3～5分钟，注浆顺序：由两帮到顶板、由上到下，中空锚杆注浆在巷道喷浆后进行。
7）中空锚索支护注浆技术要求
由于该巷道为永久巷道，服务时间长，设计中空注浆锚索的目的是为了实现巷道深部围岩的注浆加固及常规锚索的全长锚固，中空注浆锚索规格设计为Φ22×7300mm，每根锚索放置2卷Z2380树脂锚固剂，张拉预紧力不小于100KN。中空锚杆注浆完毕后，在预留施工中空锚索位置安装中空注浆锚索，注浆材料仍为东华欧科生产的矿用充填加固注射砂浆，水灰比0.3～0.5，注浆压力：8～10MPa，注浆稳压时间3～5分钟。为了提高深部围岩的注浆效果，必须要打一注一。
3.1 中空锚杆安装施工工艺
1）按设计要求沿巷道周边施工中空锚杆孔。用单体锚杆钻机按设计孔位打锚杆眼。
2）送树脂药卷：向锚杆孔装入锚固剂，然后利用中空锚杆慢慢将树脂药卷向孔底推入。
3）搅拌树脂：用搅拌接头将钻机与锚杆螺母连接起来，然后升起钻机推进锚杆，至顶板岩面500～800mm时开始搅拌，缓慢升起钻机并保持搅拌30s后停机。
4）紧固锚杆：50 s后再次启动钻机边旋转边推进，锚杆螺母在钻机的带动下打开，同时并实现紧固。
5）注久米纳矿用无机充填加固材料，实现锚杆注浆加固及全长锚固。注浆过程中如发现泄漏严重，应及时进行封堵。
3.2 中空锚索安装施工工艺
1）按设计要求沿巷道周边施工中空锚索孔。用单体锚杆钻机按设计孔位打锚索眼。
2）送树脂药卷：向锚索孔装入锚固剂，然后利用中空锚索慢慢将树脂药卷向孔底推入。
3）搅拌树脂：用搅拌接头将钻机与锚索连接起来，然后升起钻机推进锚索，至顶板岩面500～800mm时开始搅拌，缓慢升起钻机并保持搅拌30s后停机。
4）张拉钢绞线：停机30min后，依次安装止浆塞（止浆塞为橡胶软管和PVC硬管组成的双止浆管，先装橡胶软管，后装PVC硬管）、托盘、锚具，两人一起将张拉千斤顶套在锚索上并用手托住，然后开泵进行张拉，并注意观察压力表读数，要求锚索张拉预紧力不小于120KN。
5）注久米纳矿用无机充填加固材料，实现锚杆注浆加固及全长锚固。注浆过程中如发现泄漏严重，应及时进行封堵。
4 矿压观测与分析
为了验证新支护技术的支护效果，我们采取了以矿压显现为依据，通过新、旧支护方法对比，分析其优劣性。
4.1 矿压观测站布置
在原支护巷道设置1、5号二个观测站，分别布置一组巷道帮、顶板位移观测点；在新型支护巷道实验段设置2、3、4号三个观测站，分别布置一组巷道帮、顶板位移观测点；如图5-1
4.2 矿压观测数据分析
由观测数据可知，13-1轨道下山上车场巷道顶板、两帮位移量如图表5-4、图5-5和图5-6所示。
由图5-3、5-4和5-5可知，修护巷道在施工结束初期，两帮、顶板位移量较大，35d之后二帮位移量逐渐趋于稳定；25d之后顶板位移量逐渐趋于稳定；且新型支护巷道两帮、顶板位移量较原支护巷道两帮顶板位移量明显减少。
综合上述分析，采用以中空注浆锚杆（索）主动支护为基础的预应力锚注加固技术，有效地控制了复杂地质条件下修护后巷道的变形，为解决顾桥矿复杂地质条件下巷道修护难度大，经常出现无效修护和重复修护等疑难问题，找出了一条新方法。
5 结论
1）通过分析顾桥矿在北一13-1轨道下山上车场巷道修护变形特点，采用锚索网喷+中空注浆锚杆（索）联合支护，改善了围岩结构，大大提高了复杂地质条件下巷道围岩的自承能力，降低了巷道修护后的变形量，延长了修护巷道的服务年限。
2）中空注浆锚索索体采用高度螺旋筋预应力钢丝编绞而成的新型支护材料，特别适用于施加高预应力。施工时，先将锚索张拉至设计锚固力，再进行高压注浆，岩体压力荷载便通过锚索传递到深部稳定的岩体，从而更有效控制巷道变形。施工工艺简单，是复杂地质条件下巷道修护的理想材料。
3）大大延长了复杂地质条件下巷道修护周期，由过去的每季度一小修（卧底），每年一大修，延长为3～4年一修，提高了修护质量、效果。每年可为矿节约巷修费用600万元。
4）存在的不足，中空注浆锚杆（索）注浆时，端头封堵技术和普通注浆一样，存在着漏浆现象，有待进一步提高；由于巷道修护完工时间较短，矿压观测数据量不足，有待进一步观测、完善、总结、提高。
论文作者:李振全
论文发表刊物:《基层建设》2016年11期
论文发表时间:2016/8/11
标签：巷道论文; 注浆论文; 锚杆论文; 围岩论文; 锚固论文; 修护论文; 预应力论文; 《基层建设》2016年11期论文;