煤矿软岩巷道锚注支护技术研究

煤矿软岩巷道锚注支护技术研究

作者：宋继征

来源：《城市建设理论研究》2013年第33期

摘要：随着矿山开采的大规模进行和采深的加大，软岩巷道支护问题日益严重，如淮北、淮南、龙口枣庄等地区的矿区。如采用不适当的维护措施，巷道围岩变形愈加剧烈，最终将导致巷道破坏，探索合理的软岩巷道支护方式成为亟待解决的重大问题。近年来，铜川矿业公司下石节煤矿对软岩巷道、不良岩层巷道、软弱围岩巷道锚注支护问题进行了研究和工程实践。本文以下石节煤矿回风斜井为例，提出了以注浆锚杆为核心的锚注支护体系，以解决软弱破碎围岩巷道支护和维修难题。

关键词：软岩； 巷道支护； 锚注

Abstract: With the large scale mining and mining depth increased, the soft rock roadway growing problem, such as Huaibei, Huainan, Longkou Zaozhuang mining and other areas. Improper

maintenance measures such as the use of roadway surrounding rock deformation increasingly violent, will eventually lead to destruction of the roadway, exploring reasonable soft rock roadway way to becoming a major problem to be solved. In recent years, Tongchuan Mining Company Xiashijie mine soft rock roadway, poor roadway rock, soft rock roadway bolting issues of research and engineering practice. The following section of this paper, stone coal return slope, for example, proposed a grouting anchor core bolting system in order to solve the weak and fractured rock roadway and maintenance problems.Keywords: soft rock; roadway; Bolting 中图分类号：TD353文献标识码:A 一、工程概况

支护实验在下石节煤矿回风斜井进行。这条巷道已经多次修复。风井加固段自206返风斜巷至风井联络巷，全长180m， 风井加固段至上部煤层的法线距离13～15m，风井加固段围岩岩性主要石花斑泥岩。该泥岩呈紫褐色，极为破碎，围块状结构，遇水易膨胀，富滑面，易冒落，厚度4～15m。风井加固段顶板花斑泥岩平均厚度为3m，其上为4m厚碳泥岩和6m左右的粉砂岩及砂质泥岩。该加固段上段花斑泥岩较厚，底板为6～8m的花斑泥岩；下段花斑泥岩较薄，底板多为灰白色细砂岩。从整个加固段的围岩岩性看，围岩岩性极差，该巷道属极软岩巷道。

风井与工作面间的煤柱宽度在30m以上，风井埋深在260～300m，目前4-2号煤层在风井（加固段）周围的工作面已全部采完，将来不再受新工作面开采的影响。风井（加固段）受工作面开采的动压影响已结束，但风井始终受工作面开采的支承压力作用，由于4-2号煤属厚煤层分层开采，开采在煤柱上产生的支承压力巨大，有时达到原岩应力3～4 倍甚至更高。开采

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引起的支承压力严重影响着风井、副井及皮带井的围岩稳定性，是引起风井持续大变形的主要原因之一，风井加固属典型的高应力软岩巷道支护问题。 二、支护方案研究 （一）原支护方案分析

风井原支护采用料石砌碹，巷道底臌、帮臌严重，局部碹帽下沉，出现尖顶、平顶现象，且碹帽多处被挤压破碎，断面普遍较小，不能满足通风要求，且风井由于多次返修，巷道多处冒顶，且冒顶处顶板为围岩冒落形成的再生顶板。试验段存在明显冒顶区的巷道长度达到60m，其中局部地段冒顶高度达到10m以上。

砌碹支护属被动刚体支护，现有砌碹支护工艺不可避免地在碹体与围岩存在不均匀的间隙。支护初期不承载，待围岩变形后碹体承受极不均匀的载荷作用，造成支护产生压平内凸或尖顶等常见的破坏特征。在开采引起支承压力的高应力作用下，底鼓也是巷道变形的重要特征。在围岩持续大变形作用下，碹体支护本身难以适应围岩的大变形，造成风井大面积破坏，形成修复－破坏－再修复－再破坏的恶性循环。不仅造成风井的维护费居高不下，而且严重影响矿井的通风和安全生产。 （二）锚注支护方案设计

根据下石节煤矿软岩巷道破坏情况，采用锚注联合支护方案。普通锚杆采用φ20mm的螺纹钢，锚杆长2250mm，锚杆布置间距为750×750mm；在锚杆上挂纵横钢丝绳，并用鼓形托板将钢丝绳拉紧、压实，鼓形托板规格为120×120×10mm的铁托板；注浆锚杆长1.5m，用4分有缝钢管加工，注浆锚杆布置间排距为1500×1500mm，封孔采用空心式快硬膨胀水泥药卷。喷射混凝土强度等级为C20，初喷层厚50mm，复喷100mm厚，并喷浆至巷道成形规整，最大厚度可达500mm，浆液配合比为水泥：沙子：石子＝1：2：2。 三、锚注参数

（一）注浆锚杆及密封锚固材料

注浆锚杆由锚杆杆体、拖板、拖板螺帽等几部分组成。锚杆杆体选用1/2″（1″＝33.33mm）焊接管制作而成，锚杆长度L＝2400mm，为便于注浆，在锚杆上钻有交叉布置的ф8mm注浆孔；锚杆尾部切有M22细牙螺纹，螺纹长度100mm，螺纹采用滚丝加工，其作用是与注浆泵出浆管高压快速接头配合及满足安装拖板的要求；注浆段位于锚杆前部，使得注浆在围岩深部进行，一般为锚杆长度的1/3，约800mm。

注浆锚杆的锚固段与钻孔岩壁间的密封性和锚固性是锚注支护成败的关键。要求密封方法既具有良好的密封性，又能立即提供足够的抵抗注浆压力的能力。采用圆环体状快硬、高强的密封锚固卷4，套在锚杆杆体1的锚固段3外面，密封锚固卷的材料为空心快硬水泥卷。

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（二） 注浆材料与注浆设备

注浆材料采用普通硅酸盐水泥。浆液水灰比为0.75：1。这种注浆材料具有浆材凝胶体抗压强度高，粘度降低，可注性和流动性好，成本低廉，来源广泛，便于推广应用等优点 注浆泵选用DLB－50/40型漏斗式；输浆管为高压胶管；用三通阀通过两次分流将浆液分成四个支流，可同时对四根注浆锚杆实施注浆。输浆管与注浆锚杆之间通过喷轮连接。 （三） 注浆参数设计

注浆压力：注浆压力是浆液在围岩中扩散的动力，它直接影响注浆加固质量的效果。针对下石节矿的岩性及支护状况，最终注浆压力定为2～3MPa。 注浆量：每孔注浆量≥100kg浆液 注浆时间：15～20分钟 四、 锚注施工工艺 （一）注浆锚杆施工工艺

注浆锚杆施工工艺主要包括以下几点： 1.采用风钻钻孔

2.安装锚杆：浆注浆锚杆送至孔底。

3.封孔止浆：采用软木止浆塞封孔，对于破碎围岩钻孔孔口不规整的封孔，为防孔口漏浆，可在软木止浆塞外围缠绕2～3 层黄麻，也可用再生橡胶塞或快硬水泥药卷等止浆。 4.注浆：将注浆管路与内注式锚杆连接好，进行注浆作业，每孔注浆时间为3～5 min，可多孔同时注浆。

5.安设锚杆托盘：拆下孔口阀，安设托盘，上紧螺母。 （二） 注浆施工工艺

注浆施工工艺流程主要包括以下3个方面：

1. 运料与拌浆：即将水泥与水按规定水灰比拌制水泥浆，注浆实施前加入定量水玻璃，保证在注浆过程中不发生吸浆笼头堵塞等现象，并根据需要调整浆液参数。

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2.注浆泵的控制：根据巷道注浆变化情况，即时开、停注浆泵，并时刻注意观察注浆泵的注浆压力，以免发生堵塞崩管现象。

3.孔口管路连接：应注意前方注浆情况，及时发现漏浆、堵管等事故。掌握好注浆量及注浆压力并及时拆除和清洗注浆阀门。 五、 技术、经济效果分析 （一）技术效果分析

在风井共布置了3个表面位移测试断面， 由测试结果可知，锚注加固后，周边位移很小。测站Ⅲ的周边位移最大，两帮相对位移为13mm，顶板位移为16mm。锚注加固4个月后，围岩变形趋于稳定。 （二）经济效果分析

锚注支护在下石节矿风井试验效果良好，虽然每米巷道支护成本比现有碹体支护略高，但避免了巷道反复修复的恶性循环，为铜川矿区北部软岩巷道支护问题提供了一条新的途径，也为扩大锚杆支护的应用范围、降低巷道支护成本、减轻工人劳动强度找到了一种新方法。已有的试验结果表明，该项技术在铜川矿区具有广阔的应用前景，必将取得显著的社会效益。 结论

通过软岩巷道支护试验，应用锚注加固软岩巷道技术，可以改善围岩的物理力学性能，大幅度降低围岩变形位移量，有效控制软岩巷道围岩的变形破坏，该项技术扩大了注浆和锚杆的使用范围，是软岩巷道支护的有效方法。