中空注浆锚索在软岩巷道中应用

中空注浆锚索在软岩巷道中应用

摘要:介绍在软岩巷道中空注浆锚索支护原理,施工参数确定及施工方法,通过与锚喷支护、锚架支护分析对比,论述中空注浆锚索支护优点及选择。

关键词:煤矿软岩巷道中空注浆锚索注浆

中空强力注浆锚索是软岩巷道支护中先进技术,是当今巷道支护技术的主要发展趋势,淮北矿业集团祁南煤矿2009年以来,积极引进中空强力注浆锚索,配合锚杆、金属网、喷浆、注浆支护技术在巷道施工中推广,服务于生产,特别在软岩巷道施工中取得新的突破,取得了显著的安全效益和经济效益。

84采区人行上山为大跨度、大角度上山且穿层施工,长度650m。标高处于-370m至-540m,岩层倾角8°～18°,岩性主要以泥(铝质)岩、砂岩、页岩和松软泥灰岩。岩性主要特点是整体稳定性极差,滑面多,节理发育较为明显,围岩强度低(岩体强度小于20Mpa),属于软岩,遇断层多且地应力较大,围岩变形位移量大。对后期安全生产和掘进进度有较大影响。

1 巷道支护

1.1 支护方式选择

软岩支护设计必须采取卸压、让压与加固围岩、提高围岩自身承

载能力相结合方法。采用U型棚支护,虽然承载能力高,可缩性强,但巷道跨度大,施工困难,成本高,且不能对巷道围岩提供主动支护作用;若采用锚(网)喷配合普通锚索支护形式,虽然是一种主动支护,但由于巷道地压大、跨度大、软岩自身承载力弱,造成后期锚索、锚杆出现不同程度失效,巷道变形破坏严重,不得不进行修复。

中空强力注浆锚索采用锚索与深孔注浆相结合的双重作用,以达到提高和改善围岩力学性能、控制围岩变形的效果,在岩层中形成一个强度更大的整体结构。中空强力注浆锚索与锚杆、金属网、混凝土、围岩一起构成“刚性梁”承受外来压力,通过刚性梁将压力传到围岩深处,从而保证巷道稳定。

1.2 中空强力注浆锚索锚索支护机理

(1)注浆后能够将松软破碎的围岩胶结成整体,提高岩体强度,实现了围岩本身作为支护结构的一部分,从而保证巷道稳定性。

(2)利用注浆充填围岩裂隙,配合锚喷支护,形成一个多层有效组合拱,即锚网组合拱、锚杆压缩区组合拱及浆液扩散组合拱,从而扩大了支护结构有效承载范围,提高了支护结构整体性和承载力。

(3)中空强力注浆锚索集锚、注于一体,索体为新型中空结构,内有注浆芯管,反向注浆,可以封堵围岩,隔绝空气,防止围岩风化,实现深度围岩加固和锚索全长锚固。

(4)通过对注浆锚索施加预紧力和对岩体注浆,将顶板压力有效传递到围岩深处,降低了两帮、底板产生的应力集中,有利于控制两帮及底板变形,从而保证了顶板的稳定。

(5)中空强力注浆锚索其支护强度高、预紧力高、锚固力大,实行了一体化快速安装、承载,大大提高了支护系统的稳定性,从根本上改善软岩巷道支护条件,保证了安全生产。

2 施工方案

为解决84采区人行上山在软岩施工中支护难点问题,结合祁南矿84采区围岩的实际情况,对设计依据进行了详尽分析,确定采用以中空强力注浆锚索为主的锚、网、喷联合支护。首先将锚杆配合钢筋网、喷浆锚入顶、帮岩层中,有效控制巷道变形。其次利用中空强力注浆锚索进行补强支护,通过实现深孔注浆提高顶板整体强度、稳定性。巷道设计为直墙拱型断面,净宽×净高=4200×3600mm。

2.1 支护参数

(1)锚杆规格:型号为GQ—22/2400、材质为无纵筋螺纹钢式树脂锚杆金属杆体,采用200×200mm新型托盘,每根锚杆采用快速、中速各一卷K2950型树脂药卷加长锚固;锚杆间排距900×900mm。

(2)钢筋网:钢筋网由φ6.5mm圆钢编焊而成,规格为1500×1000mm,

网孔规格为100×100mm,钢筋网设计成挂钩式,搭接须严实,相邻钢筋网铺设、搭接必须做到环环相扣。

(3)混凝土喷厚:混凝土喷射厚度设计150mm,强度等级C20。

(4)中空强力注浆锚索:规格为φ20.6×6500mm,采用400×400mm大托盘,株排距=1800×2000mm,每根锚索配置快速和中速树脂锚固剂各2卷;锚索索体结构及所用螺旋肋钢丝参数:9根φ5周边丝+φ10注浆芯管,破断载荷为330kN,锁紧螺纹规格为M33×2。

(5)注浆参数:水灰配比1∶0.75～1∶1,注浆压力3.0Mpa,水泥为425#普通硅酸盐水泥,采用ACZ-1型添加剂,用量为水泥重量的4%～6%。

2.2 注浆锚索施工工艺

(1)钻孔:采用锚索钻机φ32钻头配合φ26钻杆进行钻孔,深度为6.5m。

(2)装锚索及封孔:安装中空强力注浆锚索配合4根2950锚固剂使用,先装快速,后装中速。锚固剂用锚索送至孔底后边搅拌边推进,然后装上橡胶塞,保持与孔壁充分接触,树脂锚固剂凝固1小时后,方可进行张拉预紧上托盘工作;封孔深度不小于300mm,保证注浆过程中不漏浆液。

(3)注浆采用先进ZBSB-52～8/10-15煤矿专用双液注浆泵,注浆时

逐排逐孔、自下而上进行,两拱同时注浆、后中顶原则,保证每孔注浆质量。由于锚索安装后能立即承载,因此注浆可以安排在迎头后方一定范围内锚索一次性注完。

(4)巷道变形量监测采用“十字”设置,测点布置牢固、可靠,定期进行观测、分析、总结。

3 支护效果分析

通过定期对变形点收集原始数据分析,原支护两帮收缩速度3.6mm/d,两帮最大位移量达160mm,两帮变形在45～48d后逐渐趋于稳定;新支护两帮收缩速度 2.0mm/d,两帮位移量70mm,两帮变形在30～35d左右趋于稳定,两帮位移量最大值下降了56%;原支护顶板收缩速度2.4mm/d,顶板在40～42d逐渐过度到稳定阶段,顶板最大下沉量95mm,后期出现不同程度锚杆、锚索失效、炸皮放线现象;采用新支护顶板收缩速度1.4mm/d,一个月后,顶板变形基本上趋于稳定,顶板最大下沉量42mm,顶板位移量最大值下降了55%。

由变形对比分析可知,祁南矿84采区人行上山由于受软岩影响,通过采用中空强力注浆锚索代替普通锚索,取得较好的支护效果,说明该项支护技术合理,能有效控制巷道变形及破坏,确保了安全生产。