复注支护技术在复合软弱岩层巷道的应用

文/邰俊卿

目前，平顶山天安煤业股份有限责任公司十一矿的最大开采深度已超过800m，巷道埋深大，在复杂地应力反复作用下，巷道围岩强度低，特别是泥岩受水侵蚀后易软化、流变、膨胀，给巷道支护带来极大困难，传统的支护方式均不能使巷道保持长久稳定，不仅影响巷道施工的速度，还极大地提高了支护成本，并严重影响矿井的安全生产。十一矿不断探索、创新支护技术，在丁二采区-593石门复合软弱岩层巷道中成功应用了复注支护技术，取得了较好效果。

一、地质状况

十一矿丁二采区-593石门巷道实际埋深已达800m以上，属于我国大埋深矿井的规范范围，并有较大构造残余应力的影响，张庄逆断层（H=50M）斜穿整个-593石门大部，锅底山正断层的延展也波及到-593石门。石门所处的煤层顶底板是层厚大、坚硬的砂岩和砂质互层，具有典型的关键层特征，关键层上下应力不均匀，在巷道做出来后应力剧烈释放的影响大。-593石门大部分围岩属复合顶板，在其作用下巷道围岩支护承受的应力复杂多变。由于-593石门巷道布置过于集中，还具有孤岛应力复杂性。

二、支护机理

1.以双层喷浆保证对围岩实现有效密贴粘结在岩面和初始的支护抗力。

2.以钢丝绳为胫骨的柔性结构，解决喷层支护的整体性、柔韧性、可靠性，达到巷道支护可移变、可提高的关键作用。

3.注浆实施复注支护，既弥补一次注浆粘结效果，又达到有环行压力缓释叠加压力的围岩支护带。

三、施工工艺和有关参数

1.支护工艺和支护工法

支护工艺：挑刷到设计要求的巷道毛断面→第一喷层→普通锚杆→挂绳→第二喷层→打注浆锚杆→第一注浆层→监测监控资料分析→确定二次注浆的方案→必要的喷层处理→第二次长注浆锚杆→第二注浆。

支护工法：短段挑刷→及时封闭围岩→喷浆→在第一次喷层下打戴帽点柱→在戴帽点柱打锚杆→压钢丝绳要绷紧并紧密贴合岩面实现高度强柔性结构喷层→施工第二喷层；确保达到安全施工。

（1）第一层喷浆层支护粘结力，要确保达到注浆压力控制的要求2～3㎏∕cm2，以保证第一次注浆效果。

（2）为保证第一喷层的密贴效果，要求岩面浮尘一定要冲刷干净；喷浆质量要保证，浆液配比要认真，喷浆手要把握好喷时的喷浆要领，喷浆厚度要均匀；必须在认真挂好钢丝绳的基础上，才能进行第2喷层的喷浆工作；喷浆层的底角要保证在地板下100～200mm以上，有临时水沟，临时水沟封底，以确保注浆质量。

（3）两次注浆层间隔时间为60天，但移变周期变化快，要以监测数据，帮部、顶移进量达到30～50mm 时，底部移变量达到 100～150mm，就要确定为二次注浆层时间。

（4）第二次注浆压力要大于一次注浆浆液压力，控制在 3～4㎏∕cm2。

（5）浆液水灰配比设计在 1∶0.8～1.1 之间；浆液浓度略小于一次注浆浆液浓度，但粘度要加强；主要是加大注浆浆液压力，既可保证围岩密而小裂隙和解面得到浆液的粘贴，又使用注浆浆液的压力提高。

（6）监测内容主要有：巷道施工开始发生变形破坏时间、移变量、速度。在10天以内有明显变形（变形量在30～50mm以上），都应定为变形速度快的围岩。10天之内无明显变化（变形量在0～5mm以内），可认为是变化速度较稳定围岩。

2.第一层次普通锚杆喷浆层的支护参数

（1）锚杆。 锚杆长度为 1800～2000mm，Φ22mm，间排距为700×700mm，杆体采用本矿正常使用的螺纹钢锚杆。

（2）喷浆层。第一、二次喷层厚度，分别为60mm，喷层总厚度在120mm以上。砂浆中的水泥、黄砂、石子比例为1∶2∶1.5。速凝剂与水泥比例为3%～5%。

（3）钢丝绳。 采用废旧钢丝绳（Φ6×2），要求纵向应在10m以上；横向为巷道除底板外的巷道周边边长的长度。

（4）托盘。采用6mm厚的钢板制作而成，用生铁铸要认真铸造，防止其脆性断裂，造成锚杆脱锚，失去托锚力而使锚杆空悬，失去锚杆的关键作用。

3.锚注支护主要支护技术参数

（1）注浆锚杆。注浆锚杆的间排距，第一层设计为1400×1400mm；第二次注浆锚杆间距为 1600×1600mm。锚杆规格为 Φ22×2000mm，壁厚 4mm，黑铁管制作。第一层长度设计为1600～1800mm；第二次长度为2000～2200mm。杆体上在螺纹800mm以下，顺序按150×150mm三向钻有Φ6～8mm注浆孔。

（2）注浆浆液和浆液配比。按高标号水泥设计：除有淋水外一般不加速凝剂，以确保浆液凝固后的长期强度。浆液水灰比，第一次注浆浆液配比取1∶0.6～0.8；第二次注浆浆液配比，应略小于一次注浆浆液浓度，取 1∶0.8～1.0；浆液应采用机械搅拌，以保证浆液搅拌力度。

（3）注浆量。第一次注浆量可控制在4～6袋水泥；第二次注浆量一般可控制在3～4袋水泥，但压力达不到注浆终压要求应以满足注浆压力要求为止。

（4）注浆压力。第一次注浆终压可控制在15～20/kg；底角的注浆压力要高于顶板和帮部注浆锚杆的压力一般控制在20～30/kg；第二次注浆压力高于第一次注浆压力，注浆终压可控制在25~30/kg。

（5）注浆锚杆角度。上半圆要垂直顶板和岩石层理，并按巷道拱圆及注浆锚杆间距要求均匀排列；底角锚杆，应高于底板50～100mm布限，向下倾角在35°～50°以上；特殊地段应根据巷道移变位置，处理好安全施工，符合巷道设计要求的巷道空间，来保证注浆锚杆发挥自身的关键作用；当巷道淋水较大的情况下，应采取先打导水孔导水，再采用水玻璃混合浆液，以达到封堵水流通道，进一步注浆加固的效果。

（6）注浆锚杆的封孔。封孔应用环型的专制的快干水泥药卷，每个注浆眼孔封2～3卷；没有专制的快干水泥药卷，用自制的快干水泥封孔长度应大于300mm；封孔时间应保持大于6个小时才能进行注浆工作；在煤巷和半开放状态下锚注，锚注孔的封孔长度应大于600mm。

（7）注浆锚杆卸阀时间。当注浆的压力达到注浆终压时，应先关闭关严瓦笼，确保不漏浆不漏气，然后卸注浆泵的压力；注浆锚杆卸阀时间应保持大于8小时才能进行，保证注浆的压力滞留；注好锚注孔后，既要有时间的保证，又应采取固定牢固锚注锚杆的端头，稳力卸阀别乱用力。

（8）注浆时间。根据实际情况在作业规程中规定，可按15～30分钟注一个孔进行要求。

四、结论

十一矿总体实践证明，复注支护技术能改变巷道支护经常返修局面，取得良好的支护效果。巷道破坏状况大大减轻，同时简化了施工工艺，降低了施工难度，改善了安全施工环境，确保了矿井的正常生产秩序，具有广阔的应用前景。