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摘要：根据巷道围岩性质和巷道破坏原因分析，确定采用围岩注浆加固及底板组合锚索支护技术对失修巷道进行治理，以解决西二采区主运输瓶颈问题，注浆与锚索联合整合了锚索支护和注浆加固的优点，成为解决煤矿软岩巷道维护的有效方式。
关键词：软岩支护 注浆加固 底板组合锚索
1 概况
1.1 北翼运输大巷地质概况
六家煤矿北翼运输大巷处在煤层底板的岩层中，距6-10煤层30～35m，岩性为灰黑色泥岩，厚度16m，节理发育，小块状、易脱落，遇水膨胀，地应力明显。
1.2 北翼運输大巷原支护状况
北翼运输大巷原设计为锚网喷支护，锚杆长2000mm，锚网采用8#铁丝菱形网，喷层厚度150mm。在施工过程中为阻止变形，在锚喷巷道内套400mm厚料石碹，施工过程中料石碹又被压坏，在料石碹基础上架设11#工字钢加砼支护，砼厚度400mm。2003年，返修采用全断面锚索支护，锚索规格为φ15.247200mm，φ8钢筋网，锚索间排距800X800mm，现顶拱已全部挂锚完毕。
2 北翼运输大巷围岩破坏原因
北翼运输大巷所处岩层的岩性以灰黑色泥岩为主，泥岩厚度16m，受岩层纵横交错节理或裂隙的切割，岩层呈小块状结构，遇水膨胀并发生泥化。大巷开挖后，周围岩体由三向受力变为二向受力，围岩中进一步产生剪切裂缝，在应力的作用下，围岩向巷道空间收敛变形，形成较大范围的围岩松动圈。
灰黑色泥岩的原始强度较低，其支护能力在超强的地应力面前有限，通过恢复和提高围岩的自撑能力及承载能力，抵御深部围岩的压力，才能控制软岩巷道的变形。对此类软岩变形破坏巷道，最有效治理手段之一便是注浆加固补强与锚索支护的复合支护体系。化学注浆加固技术结合强力锚索支护技术是解决极松软破碎岩层巷道或硐室支护难题的有效方法。对于破碎、节理裂隙发育的围岩，注浆法可在原位改善围岩的力学化学性能，提高其粘结力，提高岩体强度，为锚索提供着力基础，使锚索对破碎围岩的锚固作用得以发挥，提高围岩的整体强度和自身的承载能力。因此，采取锚索与注浆相结合的方法，提高支护效果。注浆与锚索加固围岩原理如图1所示：
■
1-岩层；2-锚索；3-注浆加固圈；4-锚杆加固圈
图1 注浆与锚索加固围岩原理示意图
3 北翼运输大巷加固总体方案
用化学浆对巷道围岩进行注浆加固，封堵表面裂隙，使巷道形成强韧性和抗剪切能力的拱形圈。为了减少注浆加固成本，可在巷道表面围岩内加注化学浆，并对巷道围岩深部注水泥浆，与巷道围岩浅部共同构成密实岩体，提高围岩的整体性和抗变形能力。
注浆与锚索联合加固的优点：①浆液能够改善岩石的物理力学性质，使破碎岩石块胶结成一体，提高岩体的整体强度和稳定性。②浆液能与岩体及锚杆全面接触，将缝隙全部充填满，从而调动围岩的承载能力。③注浆后，中断杆体与外界的联系，阻止锈蚀反应，保证锚固能力和体系的稳定性。
4 化学注浆加固技术
煤岩体化学注浆加固是利用化学浆液填充和固结围岩的裂隙面，提高围岩整体强度，发挥煤岩体承载能力，保持围岩稳定。浆液在注浆压力作用下被挤压或渗透到围岩纵横交错的裂隙中并在一定时间内凝结固化，在松软破碎围岩内形成网络骨架结构。由于化学注浆固结体的强度高于松软围岩体本身的强度，注浆后在围岩裂隙网络内所形成的网络骨架的抗压强度也大于围岩的抗压强度，而且注浆固结体具有良好的韧性和粘结性。在巷道围应力的作用下，固结体与围岩一起承担深部围岩应力载荷，围岩的破坏条件由原来的裂隙弱面强度条件向接近岩体强度条件转化。由于化学注浆材料固结体有较好的抗老化性，锚索钢绞线材料为预应力钢材，注浆后能有效地对锚索进行封闭并防止空气中水分对钢绞线的锈蚀。化学注浆材料和锚索钢绞线的这些特性将会保证所施工井下注浆工程的长期稳定性。
5 注浆材料
5.1 注浆加固材料分为无机材料和有机材料，无机材料主要以水泥类浆液为主，有机材料注浆主要是波雷因浆液。
波雷因浆液在泵压的作用下，注入煤岩体裂隙中，生成具有较高粘结性弹性体，改善了煤岩体的物理力学性能，弹性体与煤岩体均有较高的粘合力，在压力作用下可渗透到微裂隙之中，混合后反应膨胀凝固，在膨胀的推动下，浆液充满整个裂隙面，起到补强加固作用，提高围岩的整体强度，对巷道松软破碎围岩起到有效的固结作用。
5.2 化学注浆加固设备。化学注浆采用由QB-12型气动高压双液化学注浆泵和规格为20mΦ25mm高压风管，出浆管为Φ10mm，长度10m、5m、2m各若干根，总计40m长。
6 注浆工艺
6.1 前期准备工作。①清理干净现场，施工所用机械全部到位。②墙体两侧进行注浆。③巷道顶帮上的淋水用管路排到加固段外。④水、电接到施工现场。
6.2 钻孔施工。①施工机具。顶帮注浆孔施工采用风动锚杆钻机或强力煤电钻。②质量要求。倾角、间排距、孔深等符合设计规定。
6.3 注浆。①注浆系统分为：化学和水泥两种注浆系统。②水泥注浆流程。制输浆：采用机械制浆，采用高压胶管输送。压注：采用双液注浆。清洗系统：将两路吸浆管放入清水中对泵腔和管路清洗。注浆系统保养：主要设备维修加油，每压注水泥15吨进行一次大修。③化学注浆压力。针对巷道岩性及支护状况以及巷道围岩的承受能力，当供风风量不低于3m3/min，供风压力不低于0.5MPa时，设计注浆终压为3MPa。
6.4 施工工艺流程。按照自下而上，先注底角，再注两帮，最后注拱顶锚杆的顺序进行断面内注浆。施工顺序：施工时先注浅部化学浆，然后注深部水泥浆孔。对于化学注浆第一阶段结束后预先将第二阶段孔位封好孔，以备及时注浆。
7 底板组合锚索支护技术 底板锚索用直径为17.8mm的钢绞线作锚索，单根强度1860Mpa、破坏负荷350.0KN。注浆时所有岩石被胶结成一个整体，发挥围岩自承能力。
8 巷道注浆参数设计
8.1 注浆孔布置。化学浆注浆孔按照排距2.5m、孔距1.5m、孔深2.5m进行布置；水泥浆注浆孔按照排距2.5m、孔距1.5m、浅孔孔深2.5m，深孔孔深7m进行布置。化学注浆和水泥注浆孔布置參数基本相同。加固段巷道长度320m，从里向外100m用浅孔注化学浆，从100m～200m采用浅孔和深孔全部注水泥浆，从200m～320m顶帮不注浆。
8.2 注浆量预计。浆液的渗透半径与岩石性质、注浆压力、浆液性质等因素有关，变化范围很大。实际施工时通过调整浆液的渗透性，扩散半径不小于孔间距的0.65～0.75倍，注浆孔渗透范围存在交叉。
化学浆单孔注浆量
单孔注浆量按下列公式计算：Q1=AπR2HnBM/1.3
其中：A——浆液的损耗系数。R——浆液有效扩散半径。H——注浆孔深为2.5m。n——孔隙率为1.2%。B——浆液充填系数为0.7。1.3——平均重复注浆系数。M——浆液密度为1250kg/m3。
则：Q1=1.01×3.14×1.32×2.5×0.012×0.7×1250/1.3≈104kg；即单孔化学注浆量Q1≈104kg；
则100m巷道共布320个注浆孔，则预计总注浆量为：Q=320×Q1=320×104kg=33吨。
8.3 注浆压力。浅孔化学注浆终压3MPa，水泥注浆终压8MPa。
9 底板预应力组合锚索施工方案
9.1 施工设备。底板打眼采用风动潜孔锤钻机。注浆采用QB-12气动注浆泵、YSB30/120型电动注浆泵。
9.2 底板锚索规格及钻孔参数。①注浆加固范围：北翼运输大巷拉门点向里320m。②底板锚索规格：锚索选直径Φ17.8mm、长度15.5m的钢绞线锚索，强度为1860Mpa、破坏负荷350.0KN。③钻孔参数：锚索钻孔孔径为Φ90mm；底板破碎时开孔孔径为Φ130mm，下Φ127mm孔口管，孔口管长度1.5m，然后用直径Φ90mm钻头打到终孔深度，孔深为15.0m。④锚索布置：锚索排距3m，间距1.5m，配用400×400×16mm和200×200×12mm钢托盘。
9.3 锚索布置。采用排式布置，排距3m，间距1.5m，锚索布置剖面图如右图所示：
9.4 施工工艺。因底板比较松软破碎，直接打孔成孔困难，先对底板进行水泥浅孔注浆，给打锚索孔创造条件，底板注浆孔规格为：排距3m、每排3孔、孔深2.5m、注浆压力控制在3Mpa内。
①孔口处理：提前将打钻孔处碎渣清除。②钻孔：用φ90mm钻头直接打到终孔位置。③锚索初期安装工序：a将装有导向帽的锚索送入孔底，然后灌入40升水泥浆。b防止掉入杂物，用编织袋堵塞锚索孔口。c取出塞孔编织袋，用棉丝或水泥袋缠绕锚索，将深部注浆管和封孔注浆管引到孔外。d 7天后铺设底网、工字钢反拱梁，安装托盘。④封孔：利用波雷因封孔方式对封孔段注浆。⑤通过注浆管对锚索孔进行注浆。⑥浇砼和预埋注浆管：浇注标号为C30混凝土，浇注前将底板注浆管与底网进行捆绑，为浅部注浆做准备。⑦混凝土浇注7天后，进行扫孔、浅部注浆。
10 井下主要观测参数与仪器
井下支护质量观测主要参数包括：围岩表面位移、围岩深部位移、锚索锚固力等。锚索锚固力采用锚索测力计、巷道表面位移观测采用断面收敛仪、巷道围岩深部位移采用顶板测深仪和六点位移计进行观测。
11 结束语
注浆与锚索联合加固支护技术是一种新型加固支护技术。它整合了锚索支护和注浆加固的优点，成为解决煤矿软岩巷道维护的有效手段。
参考文献：
[1]耿献文.矿山压力测控技术[M].中国矿业大学出版社，2002.
[2]史元.国内外煤矿深部开采岩层控制技术[M].煤炭工业出版社，2009.
[3]黄强.隧道施工中围岩应力的监测[J].煤炭技术，2010（08）.
作者简介：
崔刚（1968-），男，内蒙赤峰人，工程师，现任平庄能源股份有限公司六家煤矿安全矿长，一直从事煤矿安全生产技术和管理工作。
关键词：软岩支护 注浆加固 底板组合锚索
1 概况
1.1 北翼运输大巷地质概况
六家煤矿北翼运输大巷处在煤层底板的岩层中，距6-10煤层30～35m，岩性为灰黑色泥岩，厚度16m，节理发育，小块状、易脱落，遇水膨胀，地应力明显。
1.2 北翼運输大巷原支护状况
北翼运输大巷原设计为锚网喷支护，锚杆长2000mm，锚网采用8#铁丝菱形网，喷层厚度150mm。在施工过程中为阻止变形，在锚喷巷道内套400mm厚料石碹，施工过程中料石碹又被压坏，在料石碹基础上架设11#工字钢加砼支护，砼厚度400mm。2003年，返修采用全断面锚索支护，锚索规格为φ15.247200mm，φ8钢筋网，锚索间排距800X800mm，现顶拱已全部挂锚完毕。
2 北翼运输大巷围岩破坏原因
北翼运输大巷所处岩层的岩性以灰黑色泥岩为主，泥岩厚度16m，受岩层纵横交错节理或裂隙的切割，岩层呈小块状结构，遇水膨胀并发生泥化。大巷开挖后，周围岩体由三向受力变为二向受力，围岩中进一步产生剪切裂缝，在应力的作用下，围岩向巷道空间收敛变形，形成较大范围的围岩松动圈。
灰黑色泥岩的原始强度较低，其支护能力在超强的地应力面前有限，通过恢复和提高围岩的自撑能力及承载能力，抵御深部围岩的压力，才能控制软岩巷道的变形。对此类软岩变形破坏巷道，最有效治理手段之一便是注浆加固补强与锚索支护的复合支护体系。化学注浆加固技术结合强力锚索支护技术是解决极松软破碎岩层巷道或硐室支护难题的有效方法。对于破碎、节理裂隙发育的围岩，注浆法可在原位改善围岩的力学化学性能，提高其粘结力，提高岩体强度，为锚索提供着力基础，使锚索对破碎围岩的锚固作用得以发挥，提高围岩的整体强度和自身的承载能力。因此，采取锚索与注浆相结合的方法，提高支护效果。注浆与锚索加固围岩原理如图1所示：
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1-岩层；2-锚索；3-注浆加固圈；4-锚杆加固圈
图1 注浆与锚索加固围岩原理示意图
3 北翼运输大巷加固总体方案
用化学浆对巷道围岩进行注浆加固，封堵表面裂隙，使巷道形成强韧性和抗剪切能力的拱形圈。为了减少注浆加固成本，可在巷道表面围岩内加注化学浆，并对巷道围岩深部注水泥浆，与巷道围岩浅部共同构成密实岩体，提高围岩的整体性和抗变形能力。
注浆与锚索联合加固的优点：①浆液能够改善岩石的物理力学性质，使破碎岩石块胶结成一体，提高岩体的整体强度和稳定性。②浆液能与岩体及锚杆全面接触，将缝隙全部充填满，从而调动围岩的承载能力。③注浆后，中断杆体与外界的联系，阻止锈蚀反应，保证锚固能力和体系的稳定性。
4 化学注浆加固技术
煤岩体化学注浆加固是利用化学浆液填充和固结围岩的裂隙面，提高围岩整体强度，发挥煤岩体承载能力，保持围岩稳定。浆液在注浆压力作用下被挤压或渗透到围岩纵横交错的裂隙中并在一定时间内凝结固化，在松软破碎围岩内形成网络骨架结构。由于化学注浆固结体的强度高于松软围岩体本身的强度，注浆后在围岩裂隙网络内所形成的网络骨架的抗压强度也大于围岩的抗压强度，而且注浆固结体具有良好的韧性和粘结性。在巷道围应力的作用下，固结体与围岩一起承担深部围岩应力载荷，围岩的破坏条件由原来的裂隙弱面强度条件向接近岩体强度条件转化。由于化学注浆材料固结体有较好的抗老化性，锚索钢绞线材料为预应力钢材，注浆后能有效地对锚索进行封闭并防止空气中水分对钢绞线的锈蚀。化学注浆材料和锚索钢绞线的这些特性将会保证所施工井下注浆工程的长期稳定性。
5 注浆材料
5.1 注浆加固材料分为无机材料和有机材料，无机材料主要以水泥类浆液为主，有机材料注浆主要是波雷因浆液。
波雷因浆液在泵压的作用下，注入煤岩体裂隙中，生成具有较高粘结性弹性体，改善了煤岩体的物理力学性能，弹性体与煤岩体均有较高的粘合力，在压力作用下可渗透到微裂隙之中，混合后反应膨胀凝固，在膨胀的推动下，浆液充满整个裂隙面，起到补强加固作用，提高围岩的整体强度，对巷道松软破碎围岩起到有效的固结作用。
5.2 化学注浆加固设备。化学注浆采用由QB-12型气动高压双液化学注浆泵和规格为20mΦ25mm高压风管，出浆管为Φ10mm，长度10m、5m、2m各若干根，总计40m长。
6 注浆工艺
6.1 前期准备工作。①清理干净现场，施工所用机械全部到位。②墙体两侧进行注浆。③巷道顶帮上的淋水用管路排到加固段外。④水、电接到施工现场。
6.2 钻孔施工。①施工机具。顶帮注浆孔施工采用风动锚杆钻机或强力煤电钻。②质量要求。倾角、间排距、孔深等符合设计规定。
6.3 注浆。①注浆系统分为：化学和水泥两种注浆系统。②水泥注浆流程。制输浆：采用机械制浆，采用高压胶管输送。压注：采用双液注浆。清洗系统：将两路吸浆管放入清水中对泵腔和管路清洗。注浆系统保养：主要设备维修加油，每压注水泥15吨进行一次大修。③化学注浆压力。针对巷道岩性及支护状况以及巷道围岩的承受能力，当供风风量不低于3m3/min，供风压力不低于0.5MPa时，设计注浆终压为3MPa。
6.4 施工工艺流程。按照自下而上，先注底角，再注两帮，最后注拱顶锚杆的顺序进行断面内注浆。施工顺序：施工时先注浅部化学浆，然后注深部水泥浆孔。对于化学注浆第一阶段结束后预先将第二阶段孔位封好孔，以备及时注浆。
7 底板组合锚索支护技术 底板锚索用直径为17.8mm的钢绞线作锚索，单根强度1860Mpa、破坏负荷350.0KN。注浆时所有岩石被胶结成一个整体，发挥围岩自承能力。
8 巷道注浆参数设计
8.1 注浆孔布置。化学浆注浆孔按照排距2.5m、孔距1.5m、孔深2.5m进行布置；水泥浆注浆孔按照排距2.5m、孔距1.5m、浅孔孔深2.5m，深孔孔深7m进行布置。化学注浆和水泥注浆孔布置參数基本相同。加固段巷道长度320m，从里向外100m用浅孔注化学浆，从100m～200m采用浅孔和深孔全部注水泥浆，从200m～320m顶帮不注浆。
8.2 注浆量预计。浆液的渗透半径与岩石性质、注浆压力、浆液性质等因素有关，变化范围很大。实际施工时通过调整浆液的渗透性，扩散半径不小于孔间距的0.65～0.75倍，注浆孔渗透范围存在交叉。
化学浆单孔注浆量
单孔注浆量按下列公式计算：Q1=AπR2HnBM/1.3
其中：A——浆液的损耗系数。R——浆液有效扩散半径。H——注浆孔深为2.5m。n——孔隙率为1.2%。B——浆液充填系数为0.7。1.3——平均重复注浆系数。M——浆液密度为1250kg/m3。
则：Q1=1.01×3.14×1.32×2.5×0.012×0.7×1250/1.3≈104kg；即单孔化学注浆量Q1≈104kg；
则100m巷道共布320个注浆孔，则预计总注浆量为：Q=320×Q1=320×104kg=33吨。
8.3 注浆压力。浅孔化学注浆终压3MPa，水泥注浆终压8MPa。
9 底板预应力组合锚索施工方案
9.1 施工设备。底板打眼采用风动潜孔锤钻机。注浆采用QB-12气动注浆泵、YSB30/120型电动注浆泵。
9.2 底板锚索规格及钻孔参数。①注浆加固范围：北翼运输大巷拉门点向里320m。②底板锚索规格：锚索选直径Φ17.8mm、长度15.5m的钢绞线锚索，强度为1860Mpa、破坏负荷350.0KN。③钻孔参数：锚索钻孔孔径为Φ90mm；底板破碎时开孔孔径为Φ130mm，下Φ127mm孔口管，孔口管长度1.5m，然后用直径Φ90mm钻头打到终孔深度，孔深为15.0m。④锚索布置：锚索排距3m，间距1.5m，配用400×400×16mm和200×200×12mm钢托盘。
9.3 锚索布置。采用排式布置，排距3m，间距1.5m，锚索布置剖面图如右图所示：
9.4 施工工艺。因底板比较松软破碎，直接打孔成孔困难，先对底板进行水泥浅孔注浆，给打锚索孔创造条件，底板注浆孔规格为：排距3m、每排3孔、孔深2.5m、注浆压力控制在3Mpa内。
①孔口处理：提前将打钻孔处碎渣清除。②钻孔：用φ90mm钻头直接打到终孔位置。③锚索初期安装工序：a将装有导向帽的锚索送入孔底，然后灌入40升水泥浆。b防止掉入杂物，用编织袋堵塞锚索孔口。c取出塞孔编织袋，用棉丝或水泥袋缠绕锚索，将深部注浆管和封孔注浆管引到孔外。d 7天后铺设底网、工字钢反拱梁，安装托盘。④封孔：利用波雷因封孔方式对封孔段注浆。⑤通过注浆管对锚索孔进行注浆。⑥浇砼和预埋注浆管：浇注标号为C30混凝土，浇注前将底板注浆管与底网进行捆绑，为浅部注浆做准备。⑦混凝土浇注7天后，进行扫孔、浅部注浆。
10 井下主要观测参数与仪器
井下支护质量观测主要参数包括：围岩表面位移、围岩深部位移、锚索锚固力等。锚索锚固力采用锚索测力计、巷道表面位移观测采用断面收敛仪、巷道围岩深部位移采用顶板测深仪和六点位移计进行观测。
11 结束语
注浆与锚索联合加固支护技术是一种新型加固支护技术。它整合了锚索支护和注浆加固的优点，成为解决煤矿软岩巷道维护的有效手段。
参考文献：
[1]耿献文.矿山压力测控技术[M].中国矿业大学出版社，2002.
[2]史元.国内外煤矿深部开采岩层控制技术[M].煤炭工业出版社，2009.
[3]黄强.隧道施工中围岩应力的监测[J].煤炭技术，2010（08）.
作者简介：
崔刚（1968-），男，内蒙赤峰人，工程师，现任平庄能源股份有限公司六家煤矿安全矿长，一直从事煤矿安全生产技术和管理工作。