注浆与锚索复合加固在软岩支护中的应用

李书勇

（阳泉煤业集团碾沟公司，山西 阳泉048205）

1 概述

阳煤集团平舒公司井底人车场布置在81＃煤层中，底板依次为砂质泥岩、82＃煤、灰色细砂岩、灰色砂质泥岩、细粒砂岩，其中81＃煤及82＃煤之间砂质泥岩的厚度仅为1.6m。原车场为采取锚网（索）支护的断面积为16.8m2矩形断面巷道，由于矿井产量增加，不能满足运送下井人员的需要，所以，将巷道扩刷为断面积19.6m2的直墙半圆拱巷道，支护形式加强为锚索＋U29型棚＋水泥背板＋反底拱梁的复合支护。由于矿井81101工作面停采线距井底人车场仅45m，车场受采动影响，改变支护形式一个多月后U型底拱弯起，底板鼓起200mm，现有车场支护强度不能满足安全及生产使用要求，决定对破坏巷道采用注浆与锚索支护的复合支护形式。

2 化学注浆加固技术分析

2.1 加固原理及注浆材料

软岩利用化学注浆加固的主要原理是随着化学浆液的注入，待其充分充填围岩裂隙凝固后，可以提高围岩的强度和承载能力，对巷道松软破碎围岩起到有效的固结作用，控制围岩变形，且注浆后对锚索进行封闭也防止了空气中水份对钢绞线的锈蚀。

本次注浆加固选取的材料是水泥浆及有机注浆材料，有机注浆材料是广泛应用于煤矿松软破碎煤岩体注浆加固工程的波雷因浆液，波雷因浆液是由A、B两种组份组成的高分子聚合物，在泵压的作用下以1∶1的体积比注入煤岩体裂隙中，经充分混合便发生一系列复杂的化学反应，生成对煤岩体具有较高粘结性的有机弹性体，可以改善松软破碎煤岩体的物理力学性能，有机弹性体与煤岩体均有较高的粘合力，显著提高围岩的整体强度。

2.2 化学注浆加固设备

化学注浆设备采用由河北同成公司研究成功的专利产品ZBQ－5／12型气动高压双液化学注浆泵，配套设备的进风管路为Φ25mm高压风管，其中20m长的进风管路一根，10m、5m、2m长的进风管路各若干根，进风管路总长40m，高压风管的出浆规格为Φ10mm，注浆时从水管上接出Φ10mm供水管，连接好阀门，保证供风量不低于3m3／min，供风压力不低于0.5MPa。

3 底板锚索设计及施工

由于人车场围岩松软破碎，底鼓问题难以控制，本次采用的底板锚索为全长预应力底板锚索，实现底板锚索对底板岩层的主动支护。

3.1 底板锚索参数

（1）锚索规格：组合锚索由3根 Φ17.8mm×12500 mm高强度低松弛钢绞线组成，配合矿用11＃工字钢焊做4 m长底梁和1.5m的底梁，托盘规格为三孔400mm×400 mm×16mm和200mm×200mm×12mm托盘，锚索结构见图1。

图1 锚索结构示意

（2）底板锚索布置：人车场140m段由外向里共布置47排，排距3m，两边2根向帮方向倾斜15°，共141组底板锚索，五花眼布置（见图2、图3）；车场绕道（净宽3200 mm）50m，采用每隔3m在巷道正中布置一组底板锚索，计16组底板锚索，工程量共计190m，共计施工157组底板锚索。

（3）孔径采用Φ80mm钻头钻孔，孔深12.0m。

图2 巷道底板组合锚索布置断面

图3 巷道底板组合锚索布置平面图（单位／mm）

3.2 底板预应力锚索施工技术

预应力注浆锚索施工工艺包括注浆施工与锚索施工两部分。

（1）底板锚索孔施工：施工采用DZQ－100型底板锚索钻机。选好孔位固定好钻机，连接好风水管路，按照设计要求施工锚索孔，钻机选用风动底板锚索专用钻机，配用Φ80 mm冲击钻头，直接打到设计深度，如发现塌孔或不成孔，下1根4分注浆管，进行预注浆，然后再打直至成孔。

（2）锚索安装：将锚索推送入孔直至孔底，后灌入水泥浆（浆液水灰比为0.6∶1左右）30L。深部注浆管进入孔内2～4m，深部注浆完成后，7天后卧底，铺设金属网和工字钢梁，安装托盘，进行张拉，要求单根拉力120kN。底板锚索施工完毕混凝土硬化后，再对底板锚索的6m深处进行注浆，注浆压力6～8MPa。

（3）深孔高压注浆：采用风动注浆泵，按设计水泥浆比例进行注浆，注浆时要严密注意底鼓及跑露浆情况，发现问题要及时处理。

（4）锚索张拉：安装托盘索具，将3根锚索逐根进行张拉，指示表显示压力达到30MPa（120kN）时停止张拉，卸下千斤顶，换用液压剪切断多余的钢绞线。

3.3 施工工序

施工底板浅孔注浆孔——浅孔注浆——施工锚索孔——编 制 锚 索——下 锚 索 及 灌 浆——下 注 浆 管 封孔——深孔注浆——铺网——下底拱梁——上大、小托盘张拉——浇筑混凝土——打浅部注浆孔——浅孔注浆。

4 结语

通过对人车场进行注浆加固补强与锚索支护的复合支护后，提高了围岩整体强度，经过3个月的使用，人车场没有发现底鼓或变形等问题，人车场运输系统可靠性增强，能够满足使用要求，同时减少起底工作量，避免了巷道频繁起底存在的安全隐患，为矿井同类条件下的开拓大巷支护提供了技术和经验。