注浆锚杆治理巷道底鼓的应用

文/刘秉明

一、概述

西细庄矿主采煤层1号煤伪顶以泥岩、炭质泥岩为主，平均厚度0.9m。直接顶为粉沙岩，平均厚度为5.29m，直接底为炭质泥岩，平均厚度1.18m。老底以鲕状泥岩为主，亦见粉沙岩，平均厚度5.44m。 1号煤煤层厚度 1.3～3.2m，倾角平均 5°，含矸2层，夹矸厚度0.4～0.8m，平均0.6m。由于1号煤巷道围岩松软且裂隙发育，煤巷、半煤岩巷均发生不同程度的底鼓现象，两帮底角内挤，底板鼓起，最大底鼓达800～1000mm以上。1号煤巷道设计为矩型净断面3000×2600mm2，采用锚网喷支护，顶板使用 Ф16×1800mm树脂锚杆，间排距 1000×900mm，每帮3根长1500mm的木锚杆，喷浆厚度50mm。

二、巷道底鼓原因分析

1.围岩强度。1号煤底板主要岩性为炭质泥岩和鲕状泥岩，泥岩强度低，具有流变性，巷道维护难度大，这是造成巷道底鼓的主要原因。

2.围岩性质。经对1号煤底板岩样矿物成分进行测试，石英含量为71%，高岭石含量为39%。岩样分析表明，1号煤底板岩石以泥岩为主，高岭石含量较高，巷道底板岩层易泥化、软化，出现底鼓，造成失稳变形破坏。

3.松动范围。巷道开挖后，围岩脱离原岩体松动碎胀后，直接作用在巷道表面的重力导致松动范围加大，围岩松动圈接近帮锚杆长度，锚杆支护局部失效。

4.支护形式及参数。巷道断面为矩形，巷道受力条件较差，且锚杆支护参数偏低，间排距偏大，长度偏短，且巷道两帮采取木锚杆控帮，巷道底角没有施加底角锚杆，都对巷道支护效果产生一定的影响。

三、治理巷道底鼓方案选定

制定 《西细庄矿1号煤巷道修复加固技术方案》，认为治理的重点应是底板及两帮。设计1号煤巷道采用两帮及底角锚注、实施底角锚杆修复方案。先进行刷帮卧底至设计巷道断面，并在离底板200mm处实施底角锚杆锚固，底角锚杆规格Ф16×1800mm，排距800mm以-30°下扎，挂网喷浆（50mm厚）以封闭围岩。

在此基础上实施螺旋式注浆锚杆锚注支护，以加固两帮，控制底鼓，注浆锚杆规格Ф25×1600mm，每帮3根，排距1600mm。底角锚杆以-45°下扎。集锚固、注浆为一体，利用杆体内腔兼作注浆管，向裂隙内注浆，使破碎的煤（岩）胶结成整体并与原煤（岩）紧密连接，形成整体支护系统。在顶板受力较大处实施锚索加强支护，锚索规格Ф15.24×5000mm，每断面顶板布置2根，排距2000mm，间距1200mm锚索拉拔力10t。修复加固如图所示。

底角锚杆、锚注加固支护结构图

四、注浆锚杆锚注参数确定及注浆工艺

1.注浆锚杆。采用螺旋式注浆锚杆Ф25mm，长1.6m，螺旋注浆锚杆螺旋进孔后靠摩擦力自动固定，不需再用锚固剂，并可承受5MPa的注浆压力，而且在封口处有橡胶止浆塞。

2.注浆材料。采用单液水泥浆注浆，水泥选用425＃普通硅酸盐水泥，水灰比0.5～0.6，添加1.5%的FDN型减水剂。

3.注浆参数。注浆压力：锚杆注浆压力一般为1.0MPa，最大注浆压力1.5MPa；注浆量：每孔注入水泥量50～100kg左右，当注入水泥量超过300kg、注浆压力仍未达到注浆终压时，可暂停注浆，待2小时后复注，若复注时注入水泥量超过500kg，压力仍未达到注浆终压，应检查是否有漏浆、跑浆现象，再换孔注浆。

4.注浆工艺。运料与拌浆：将水泥与水按规定水灰比拌制成水泥浆，随后加入减水剂拌均。要求保证在注浆过程中不发生吸浆龙头堵塞等现象，并根据需要调整浆液参数；注浆泵的控制：根据巷道注浆变化情况，及时开、停注浆泵，并时刻注意观察注浆压力，以免发生堵塞崩管现象；孔口管路连接：应注意前方注浆情况，并掌握好注浆量及注浆压力，及时拆除和清洗注浆阀门。

5.注浆设备。注浆施工中所需设备主要为注浆泵，配备浆液搅拌桶，与注浆泵配套使用。注浆管路采用Φ25mm高压胶管，并保证管路连接安全、快速、可靠。

6.巷道修复施工顺序。

（1）单根注浆锚杆施工顺序：按间排距钻孔→安装注浆锚杆及止浆塞→安装球形阀及注浆管→开泵注浆→达到注浆参数时停止注浆→30分钟后卸下球形阀→安装托盘及螺母。

（2）按巷道断面锚注顺序：在一断面内先注两帮底角，再从两帮向上部钻孔注浆，从下往上依次对称进行，其顺序为 1→1＇→2→2＇→3→3＇。

（3）按巷道纵向锚注顺序：在巷道纵向采用隔排注浆，其顺序为1-1断面→3-3断面→5-5断面→2-2断面→4-4断面→6-6断面，重复上述过程。

7.注浆质量检测。

（1）检测断面。沿巷道每7.2m长布置一个检测断面，每断面布置2根注浆锚杆，如图所示。

检测断面注浆锚杆布置图

（2）注浆检测。对所示2根注浆锚杆分别进行注浆，当出现1根注浆压力小于0.5MPa、注入水泥量大于50kg时，说明该处未注密实或围岩裂隙未充满，应对检查孔继续注浆；并在该范围内加大检查密度，凡不合格地段均需重注。

五、安全技术措施

1.注浆人员必须经过安全技术培训后方能上岗。

2.泵站放在顶板完好的地方，与工作面保持20m的距离。开泵前确保注浆泵油箱油位不低于最低油面，检查各部件是否松动。必须把泵站与注浆锚杆连接的胶管挂在煤壁上，防止胶管被砸坏。注浆泵必须通过线控开关控制，控制线不得少于5m，并检查泵站电机转向。

3.工作人员应避开孔口管位置，注浆及关闭拆卸注浆截止阀时不得站在钻眼及注浆锚杆的正前方。

4.注浆前要对整个管路系统做压水耐压试验，检查管路上的所有接头、阀门及管件的耐压能力。注浆人员严格执行注浆泵操作规程，时刻注意注浆泵压力表变化情况，发现异常情况及时停泵。

5.注浆时指派专人观察巷道，发现巷道壁有掉皮、开裂、凸起等异常现象应立即打开泄压阀、关闭孔口阀门。各注浆孔必须编号，认真统计各孔注浆量。

6.注浆结束后，立即用清水冲洗管路和注浆泵。

六、治理效果及结论

通过利用注浆锚杆对1号煤巷道底鼓治理，原先1号煤巷道底鼓量50mm/月降低到半年10mm，巷道两帮未发生变形。同时降低了巷道重复起底、返修的工程费用。

采用注浆锚杆使浆液封堵围岩裂隙防止围岩被水侵蚀而降低自身强度。将松散煤（岩）破碎块胶结成整体，从而提高煤（岩）体的内聚力和内摩擦角，使岩体本身成为支护结构。巷道注浆后支护效果发生质的变化，保持了巷道围岩的稳定性，从而有效地控制巷道底鼓。