浅析巷道围岩控制方法之锚注支护

浅析巷道围岩控制方法之锚注支护

作者：刘林

来源：《科技探索》2013年第09期

中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1007-0745（2013）09-0012-02

摘要：近年来，我国经济得到了的飞速发展，作为主要能源的煤炭起到了决定性作用。但伴随着煤炭产量的日益提高，煤炭资源逐渐减少，开采条件也日益复杂。其中，在复杂开采条件下，保证正常、高效、安全生产，巷道围岩控制、支护问题也成为我们必须解决的首要难题。通过研究分析与现场应用，提出了锚注支护在煤矿井下高应力、软岩条件、采动影响下巷道的有效支护方式。

关键词：复杂条件围岩控制巷道维护锚注支护

1、概述

目前，煤矿井下高应力区、软岩条件、采动影响下巷道支护方式、支护参数的确定是一个世界性难题，尤其是开掘在既是高应力区又是软岩中的巷道支护难度更大，现在国内外普遍采用加大支护密度，锚架联合支护、卸压等方式来增加支护强度，力求减少巷道使用过程中的破坏变形量，但效果不是很理想，在巷道服务年限内仍需要翻修多次。采用注浆材料和注浆锚杆支护方式加固巷道围岩，增加围岩自身承载能力，在支护理论上是先进的，在材料、设备供应、施工工艺上已有成功的先例。结合生产实际中的具体条件，可进一步引进试用，研究几种支护加固方式，摸索出适合煤矿井下高应力区、软岩条件、采动影响下巷道支护技术和方式，很有必要。

2、锚注支护原理浅析

所谓锚注支护，就是利用锚杆注浆技术改变围岩松散破碎结构，提高其粘结力、内摩擦角和围岩的整体性，使围岩为锚杆提供可靠的着力基础，充分发挥锚杆对松散破碎软弱岩层的锚固作用。注浆锚杆即是锚杆又能用其进行注浆。注浆锚杆注浆支护加固机理如图1所示。

图1注浆锚杆注浆支护加固机理图

围岩注浆后，一方面将松散破碎软弱岩块胶结成为一个整体，从而提高岩体的内摩擦角和内摩擦力，使岩体本身成为一种支护结构；另一方面，使普通端锚式锚杆成为全长锚固锚杆，使锚杆与围岩形成整体，充分发挥锚杆锚固作用，组成可靠有效的组合拱。利用浆液充填围岩裂隙，与錨喷网支护相结合，形成多层组合拱（锚网组合拱D、锚杆压缩区组合拱B、浆液扩散加固拱A、喷层与压缩区间的浆液加固拱C），可扩大支护结构的有效承载范围，提高支护结构的整体性和承载能力。

3、锚注加固注浆材料与设备

3.1 注浆锚杆

锚注用锚杆是一种特制的中空锚杆，利用这种锚杆的外段进行锚固和封孔，而利用其内段进行射浆，达到锚注合一的效果。整个锚杆由杆体、托板、分隔体、紧固螺帽等几部分组成，如图2所示。

A——注浆段； B——锚固封孔段； C——联接段

图2 锚注用特种中空锚杆示意图

3.2 注浆材料

目前国内常用的注浆材料有水泥类单液浆、水泥和水玻璃双液浆、化学类浆液。

注浆材料的选择与巷道破坏机理有关，如重力、构造应力为主造成巷道破坏的可选用水泥、水泥和水玻璃双液浆液。如造成巷道失稳的主要因素是膨胀性粘土矿物，如蒙脱石、高岭石、伊利石等，则应以化学浆液更好。

3.3 注浆泵

注浆泵是锚注过程中使用到的最主要设备之一。其性能及其工作性能直接关系到注浆效率和注浆效果。常用的注浆泵主要有液压注浆泵、电气注浆泵和气（风）动注浆泵等几种。

4、注浆锚杆布置与注浆参数

4.1 注浆锚杆布置

锚杆间距、排距等支护参数不仅受到注浆要求的影响，还要受到锚杆对围岩必须提供足够支护阻力等方面的影响，所以在设计锚杆布置参数时，要综合考虑上述因素的影响。

注浆孔的布置应使相邻两孔固结浆液的径向分布在一定程度上互相贯透，且浆液的多余部分能充填固结体之间的空隙，孔的排列方式一般有按行排列及三角形排列两种。

当采用按行排列时（图3a），为满足前述要求至少应使得A1 =2A2 ，A1为矩形ABCD的面积，A2为矩形ABCD内各注浆孔的注浆扩散面积。

A1 =2Rd，A2=πR2/2，故应有：2Rd=πR2，经计算得，d=1.57R，其中：R为注浆孔的扩散半径，通常取值1～2.5m；d为孔间距。所以按注浆要求，锚杆的间距至少可以在1.5m左右。同理，排距也可以在1.5m左右。

当采用按等边三角形排列时（图3b），同理，经计算有：d=1.77R。所以按注浆要求，按等边三角形排列的锚杆间距至少可以在1.7m左右。同理，排距也可以在1.7m左右。当然，锚杆间、排距还要受到锚杆对围岩必须提供足够支护阻力等方面的影响，得知使用锚注加固所维护的高应力软岩巷道的具体矿山地质条件和生产技术条件后，即可确定按支护强度所要求的锚杆间排距。

图3 注浆孔的布置方式

a—成排布置方式；b—等腰三角形布置方式

4.2 注浆参数

锚注支护施工工艺的核心是注浆参数的控制，合理地监控巷道围岩注浆过程和确定注浆结束标准，是确保注浆效果的关键。实践表明，利用注浆压力，注浆量和注浆时间三个指标作为控制注浆的标准较为合理。

（1）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和效果，锚杆承载力随注浆压力的增大而增大，但这种增大不是无限的，当注浆压力超过4MPa时，注浆压力的提高对锚杆承载力的影响是微不足道的，所以根据注浆经验和研究，最终注浆压力定为3MPa。

（2）注浆量

注浆量的大小是最主要的注浆参数之一，由于围岩的裂隙发育情况、松动范围和围岩性质等方面的差异，单位面积的围岩注浆量往往有很大的差别。所以本着既有效地加固围岩，达到一定的扩散半径，又要节省注浆材料和注浆时间的原则，通过理论分析和现场经验，结合围岩状况确定每孔注浆量最佳注液量一般为30～50kg浆液。

（3）注浆时间

为了防止在围岩裂隙和孔隙发育的巷道内注浆泄漏，注浆时在控制注浆压力和注浆量的同时，还要控制注浆时间，注浆时间不宜过长，一般注浆时间为20min。

5、注浆工艺过程及注意事项

5.1 施工工艺

由于巷道变形破坏严重，采用锚注法修复加固巷道时，锚注工序上应先进行扩帮，即先把巷道用原有支护技术恢复到原来的状况，再初喷浆，然后进行锚注加固，最后复喷成巷。