大断面软岩巷道高强锚注支护技术研究

王立强 和卢斌

（1.晋城煤业集团晋圣三沟鑫都煤业，山西 晋城 048000；2.晋城煤业集团生产技术处，山西 晋城 048000）

赵庄煤矿地质构造复杂，顶板破碎，顶板砂岩裂隙水弱化，煤层强度低，节理、裂隙发育，且煤质较软。所用巷道均沿煤层全高掘进，采用大矩形断面，掘进断面尺寸5.7×4.5m，掘进断面面积25.65m2。煤层上下部较软、中部较硬，煤体平均单轴抗压强度范围为2.9～15.4MPa，普遍疏松质软。巷道绝大部分存在冒顶、片帮和底鼓等复合型破坏，加剧了巷道维护的难度。为提高支护质量、改善围岩体力学性能、保证巷道稳定性，在巷道掘进初次支护后提出采用高强锚注支护对巷道进行二次加固。

1 高强锚注支护机理

中空注浆锚索为核心的深孔强力锚注技术对大范围围岩的锚注加固，主要采用高强度中空锚索、高注浆压力和高强抗缩性注浆材料。中空注浆锚索采用小孔径安装、普通锚杆机施工。先采用树脂药卷进行锚固，及时张拉预紧，再进行注浆，实现全长锚固。

中空锚注锚索先用树脂进行端锚，张拉预紧后通过锚索内芯管进行反向注浆，使浆液充满锚索索体与钻孔孔壁之间的空隙，实现了由树脂端锚变成全长锚固，浆液在注浆压力的作用下向巷道围岩内扩散。

在地应力作用下，巷道围岩遭到破坏通常表现为沿层面或破裂面发生错动，从而对锚杆或锚索产生剪切作用。全长锚固的锚固力较高，且具有很高的抗剪能力，见图1。

图1 注浆锚索进行的剪切试验

试验结论如下，未注浆的钢绞线的抗剪力约为其破断力的0.7倍，而通过剪切试验即将水泥浆注入混凝土内Ф42mm钻孔后，其锚索的抗剪力提升为破断力的1.1～1.2倍之间。

2 1305新回风顺槽加固方案

2.1 回风顺槽锚注加固设计原则

通常由于大断面巷道较大的跨度及高度，故其具有巷道围岩强度低的特征，

加之采动因素的影响，使得围岩具有较大的变形量和破裂范围。赵庄矿3#煤层顶底板岩石非常松软破碎，易风化，不同程度的地质弱面和结构面存在于岩体中，整体性差。采用高强锚注支护加固技术对1305回风巷道顶、帮进行加固，通过改善围岩自身的力学性能来使巷道围岩的稳定性提高，减少巷道冒顶、片帮和底鼓等变形破坏，再不需要大修，保证正常使用。

2.2 1305回风巷补强锚注支护技术方案

巷道顶板中空注浆锚索按2-1-2形式与初次支护锚索“插空”布置，排距为1.0m，间距为2.7m，锚索方向与巷道岩面垂直；巷道两帮中空注浆锚索按2-1-2布置，排距为1m，间距为2.4m。详见图2、图3。

图2 顶板加固平面图

3 施工工艺要求

3.1 中空锚注锚索

针对国内现有注浆锚索存在的缺点和问题，对国外的先进技术进行研究分析，经过反复现场试验，开发了新型的采用树脂端锚（由螺旋肋预应力钢丝制造而成） 以及后期注浆全锚的中空注浆锚索，见图4。

图3 两帮加固平面图

图4 中空注浆锚索产品图

3.2 施工技术要求

（1）注浆锚杆施工

① 锚杆钻孔。采用锚杆钻机配合Φ32mm钻头钻孔。钻孔时应按照先顶后帮的顺序依次进行，孔位和钻孔角度误差分别控制到100mm和5°以内，锚杆孔深度到设计2700±50mm。

② 安装锚杆。在钻孔中依次放入1支k2370树脂锚固剂，药卷被锚索缓慢地推向眼底，将锚索与锚杆钻机相连接，并启动锚杆钻机使其边推进边搅拌，待锚索达标设计深度后再继续搅拌30～60s，施加预紧力前务必等待60～120s。

③ 施加预紧力。安装止浆塞后，对锚杆施加预紧力，施加预应力不低于30kN。

（2）注浆锚索施工

① 锚索钻孔。Φ40mm钻头钻孔时使用锚杆钻机相配合，现场操作时，人工扶钻，湿式钻孔。钻孔时的顺序应按照先顶后帮依次进行，锚索孔位误差不大于100mm，钻孔角度误差不大于5°，拱顶锚索孔深度到设计8000±50mm，两帮锚索孔深度到设计6000±50mm，并清理干净钻孔内的碎屑和积水。

② 安装锚索。在钻孔中依次放入树脂锚固剂ck2370与z2370各一支。药卷被锚索推向眼底的过程要缓慢，将锚索与锚杆钻机连接，并启动锚杆钻机使其边推进边搅拌，待锚索达标设计深度后再继续搅拌30～60s，撤去锚杆钻机前务必等待60～120s。

③ 张拉预紧。在锚索尾部依次安装止浆塞、推杆、托盘、锁具，用锚索张拉机具进行加压，张拉预紧力不低于100kN。

3.3 注浆参数

（1）注浆材料和配比：复合砂浆加固选用凯密安矿用无机加固，水灰比为1:3。

（2）注浆压力：注浆压力不低于10MPa。

（3）注浆顺序：锚杆、锚索同时依次注浆，遵循先帮部后顶板，先下部后上部。

（4）注浆时机：喷浆完成后立即进行注浆工作。

4 现场实测

在现场实测中，未加固前巷道两帮累计移近量为101mm，最大移近速度为2.43mm/d，顶底板最大移近速度为5.86mm/d。而二次加固巷道两帮累计移近量为32mm，最大移近速度为0.87mm/d，顶底板最大移近速度为1.8mm/d。

通过分析可知，二次加固巷道两帮移近量约为未加固前巷道两帮移近量的68.3%，最大移近速度约为未注浆段的64.0%，顶底板最大移近速度约为未加固前的69.3%，这说明巷道在采取高强锚注二次加固补强支护后，围岩稳定性得到进一步控制。

5 结论

（1）在大断面软岩巷道掘进时采用高强锚注支护技术对巷道进行二次加固，提高支护质量，改善围岩体力学性能，使巷道稳定性得以保障，效果明显。

（2）高强锚注二次加固巷道两帮移近量约为32mm，最大移近速度为0.87mm/d，顶底板最大移近速度为1.8mm/d。说明巷道在采取高强锚注二次加固补强支护后，围岩稳定性得到进一步控制，巷道的变形得到有效控制，从而为相似地质条件下的煤矿提供了理论依据。

图5 高强锚注支护巷道表面曲线