浅谈锚索注浆固化巷道围岩松动圈支护技术

2021-07-13杜永红

煤 2021年7期

杜永红

(山西潞安环能股份公司上庄煤业，山西长治 046205)

围岩松动圈是指井下巷道开挖后，巷道表层围岩的位移、破坏逐渐向深处扩展，使表层围岩的连续性和完整性遭到破坏形成的岩石圈。过去很长一段时期，煤矿在巷道开挖后，都采用工字钢棚、U型钢棚等被动支护方式，后期在巷道部分区段会出现严重变形，不能满足正常生产的要求。维修巷道在人力、物力和财力上浪费很大，既制约了矿井安全生产，又影响矿井采掘接替平衡和经济效益的提高。解决这类问题的技术途径有多种，采用锚索注浆固化松动圈的支护技术，是其中比较有效的主动支护方式[1]。

1 工程概况

上庄煤业是隶属于山西潞安环保能源股份公司的一个整合矿井，主采沁水煤田3号煤层。由于矿井是由小煤矿整合而来，井下有部分巷道围岩比较松软、破碎，成巷时间长，受采动压力、上覆应力等多重因素的影响，巷道围岩的大部分压力作用于工字钢棚上，造成工字钢棚变形，甚至被压弯而失去支护作用，影响正常生产。结合矿井地质情况，该矿经过调研决定在巷道支护中，采用锚索注浆固化巷道围岩松动圈的支护技术在工字钢棚支护的基础上，利用加长锚索将巷道顶板悬吊于深部稳固岩层，向破碎围岩的缝隙中注射专用的水泥液浆，将破碎围岩固化为一个稳定的整体，对巷道的工字钢棚支护起到了补强作用，提高了巷道支护的强度，既避免了二次修巷在人、财、物方面的浪费，又保证了煤矿的正常接替和安全生产。

2 注浆锚索孔的设计

2.1 注浆锚索孔的构成

钻打注浆锚索孔与通常锚索孔的钻打方法基本相同。该矿钻孔施工时采用的是MQT-120型风动锚杆钻机和直径42 mm的一字型钻头，在巷道内向巷道顶部的深部围岩和巷帮钻孔。不同的是在完成锚索孔后，还需要在锚索孔的底部施工注浆孔。如图1所示，锚索直径为21.6 mm、长度为8 000 mm，锚索孔设计深度8 000 mm、直径27 mm，孔的上部锚索两边留有注浆缝隙，下部1 000 mm范围再施工直径42 mm的注浆孔。在锚索托板以上安设直径10 mm铁管加工的弯曲状水泥浆注浆管，向上深入注浆孔800 mm，锚索托板处长度为210 mm，锚索托板外向下长度为200 mm。注浆管内装设有直径5 mm的注浆胶管，胶管在注浆管上部外露30 mm、下部外露100 mm。

2.2 注浆锚索孔的间排距设计

巷道设计断面为5 200 mm×3 700 mm(下宽×中高)的工字钢棚，棚距为600 mm，在工字钢棚与巷道表面之间铺有规格为2 300 mm×1 000 mm(长×宽)、网格尺寸为100 mm×100 mm的钢筋网。施工时，巷道顶、帮支护的松动部位，用50 mm×100 mm×900 mm(厚度×宽度×长度)的水泥背板背实。

锚索孔设计总深度为8 m，减去锚索锚固段长度2 m，实际注浆孔深度为6 m。顶、帮注浆孔的排距设计为1 200 mm，每排11个注浆孔，顶部均匀布置5个注浆孔，两帮各均匀布置3个注浆孔。

图1 锚索注浆示意(mm)

3 注浆工艺与施工

3.1 注浆设备

在安装锚索注浆固化巷道松动圈时，注浆孔注水泥浆时采用的设备有FZ-10/24型矿用注浆泵、浆液容器、搅拌设施和BK56型矿用气扳机，连接注浆泵的注浆管采用直径13 mm的高压胶管。BK56型矿用气扳机，用于锚索扣件的紧固和拆卸。矿用注浆泵连接锚索注浆管和浆液容器，向巷道遭到破坏形成的围岩松动圈内注射专用的水泥浆液。

3.2 注浆工艺

1) 注浆材料。注浆材料包括水泥、河砂、石子、速凝剂。注浆孔内的注浆管为直径10 mm的铁质管，注浆管总长1 210 mm，孔内注浆段自下而上每间隔50 mm交叉分布有直径6 mm的出浆孔。

2) 浆液配比。注浆浆液中水泥、河砂、石子的体积配合比为1 ∶1.5∶1.5，速凝剂使用量为水泥用量的3%～5%，水泥选用出厂不超过3个月的425号普通硅酸盐水泥。

3) 注浆锚索孔的封孔。注浆锚索孔封孔前，先将直径21.6 mm、长度8 000 mm的锚索，在孔内固定好每根锚索配2支MSK2360锚固剂，而后将注浆管放置到位，用上部涂有厚度4 mm的湿润水泥浆的锚索托盘固定，并用气扳机拉紧锚索(水泥浆配比为水∶水泥=1∶1，水泥浆搅拌要充分)。注浆管内放置的直径5 mm的胶管，其上、下部伸出部分要用胶布与注浆管捆绑牢固，并通过胶管用注射器注射水泥浆，封堵好注浆管与注浆孔之间的缝隙。

4) 注浆施工。施工时，FZ-10/24型矿用注浆泵、浆液容器以及搅拌设施布置在巷道距离第一排注浆孔15 m左右处，将注浆泵的进液管和出液管分别与浆液容器和注浆孔注浆胶管连接紧固，即可进行注浆。由于顶、帮注浆孔的设计排距为1 200 mm，顶部均匀布置5个注浆孔，两帮各均匀布置3个注浆孔，单台注浆泵注浆施工时，要先帮后顶进行，两帮注浆时按照先下后上的顺序注浆；多台注浆泵注浆施工时，可同时先给两帮注浆，而后再同时给顶注浆。每孔注浆量不小于1.5 m3，直到压力达到3.5 MPa无法注入时为止。一排注浆孔注满水泥浆后，再前移注浆设备继续下一排的注浆作业，以此类推。