中空波纹钢注浆锚杆在矿井支护技术应用

朱慎强 王目军 曹 军

（淮北矿业集团公司 桃园煤矿，安徽 宿州 234116）

1 情况介绍

桃园煤矿北翼采区运输大巷位于72煤层底板40m～50m处，平均法线距离45m，82煤层底板20m～30m处，平均法线距离21m，巷道围岩岩性主要为砂岩或粉砂岩，局部为页岩。在上覆工作面回采期间，北二、北四运输大巷受采动影响较大，巷道片帮、掉顶，U型棚支架变形严重；针对该种状况，我矿于2011年7月对运输大巷补强加固方式进行调研，研究决定对受上覆工作面采动影响的北四～北八运输大巷段进行超前补强加固；加固方式为：锚喷巷道采取全断面锚带网喷进行补强加固，U型棚支护段采取以围岩注浆为主，补打注浆锚杆实施壁后充填和围岩注浆方式进行补强加固。U型棚支护段注浆补强加固工艺与2011年9月设计并进行实施。

2 锚注加固原理分析

锚注工艺是在锚杆支护作用原理的基础上发展起来的，除具有悬吊作用、组合梁作用、挤压加固作用外，还有充填粘结、密封作用等。利用锚管注浆，浆液在注浆泵压力下被压入岩体，将原来的软散岩体胶结成整体，从而提高了岩体的刚度和全承载能力；另外注浆使锚杆由原来端锚变成全锚，产生一定预应力，将岩石组成一个紧密的组合拱，从而进一步提高了围岩体的整体强度，使围岩体的自身承载能力大大提高，同时，由于浆液的扩散作用，组合拱半径增大，能有效克服较大构造应力及岩层压力，保持围岩自身的长期稳定。

3 注浆锚杆施工及注浆工艺

3.1 注浆锚杆参数及布置方式

3.1.1 注浆锚杆结构

注浆锚杆规格Φ22×2200mm，采用中空波纹无缝钢管制作，壁厚4mm，杆体上顺序钻有Φ6mm注浆孔，其结构如图1所示，杆尾设麻花锚固段，1个树脂锚固药卷端锚，锚固力5t，封孔采用快硬水泥药卷。

图1 中空波纹注浆锚杆结构

3.1.2 中空波纹注浆锚杆布置

中空波纹注浆锚杆全断面布置，U型棚棚档中顶布置一根，然后向两侧布置，间排距为1300×1500mm；共布置7根注浆锚杆。

图2 注浆锚杆布置图

3.2 注浆参数

3.2.1 水灰比

注浆材料是注浆技术中一个不可分割的部分，浆液的可注性及其力学性能是决定注浆效果的关键因素，注浆材料的成本及浆液消耗量的大小又决定了注浆加固技术经济上的合理性。因此，注浆材料的选取是巷道注浆加固能否成功的先决条件。

注浆材料的选取主要考虑下列原则：浆液的结石体最终强度高；浆液结石率高，与岩体具有良好的粘附性；浆液流动性好，配比易调；浆液具有足够的稳定性；浆液成本低廉无毒无味。故注浆材料采用普通硅酸盐水泥加添加剂，水泥采用525#普通硅酸盐水泥，添加剂用量为水泥重量的 4%～6%。 浆液水灰比为 0.7：1～1：1，浆液配合比如表 1 所示。

表1 水泥添加剂单液浆配制表

3.2.2 水泥添加剂

为了增加水泥浆液的和易性、流动性、微膨胀性，提高水泥浆液的结石率和锚注岩体的强度，采用ACZ-1型水泥添加剂，用量为水泥重量的4%～6%。

3.2.3 注浆量

对于巷道围岩的注浆，其注浆效果的好坏，关键取决于注浆参数的选择。

巷道围岩注浆效果的控制程度取决于施工队的经验及技术熟练程度。他们必须根据测得的注浆压力和浆液流速来选择注浆的顺序、是否变更或终止注浆过程。从成本最低的观点来看，在注浆过程中，进行有效的监控是十分必要的。

由于围岩裂隙发育，松动范围的不均匀性和围岩岩性的差异，围岩吸浆量差别较大，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，对于单孔而言，为了保证合理的注浆量，一是控制泵压，在围岩内泵压达到3.0MPa时应停止注浆；二是根据相邻钻孔跑浆量来决定，相邻钻孔一旦跑浆应停止注浆。为保证注浆质量，插孔复注是非常必要的。根据近几年注浆实践，每孔最大注入量每孔取为2袋水泥（每袋水泥50kg）。

3.2.4 注浆压力

注浆压力根据以往经验，注浆压力为2.0～3.0MPa，最大注浆压力为 3.0MPa。

3.2.5 注浆时间

为了防止注浆在弱面浆液扩散较远，造成跑漏现象，在控制注浆压力和注浆量的同时，必须控制注浆时间，使注浆时间不宜过长。一般单孔注浆时间取为3～5min。

3.3 施工工艺

3.3.1 中空波纹注浆锚杆施工

首先对巷道内的U型棚支护情况进行排查，敲帮问顶找净活矸危岩后，对折帮漏顶的棚子进行重新腰背并对巷道进行全断面喷浆封闭，喷浆厚度为50mm～100mm；喷浆结束后打注浆锚杆并进行安装注浆。

图3 注浆施工工艺图

具体工序如下：对巷道敲帮问顶→对巷道失修位置进行修复→喷浆封闭→打注浆锚杆孔→安装注浆锚杆。

3.3.2 注浆工艺

具体工序：注底角注浆锚杆→注两帮注浆锚杆→注顶部注浆锚杆→复注（根据观测结果确定是否复注及复注位置）。

注浆时采用自下而上、左右顺序作业的方式，每断面内注浆锚杆自下而上先注两帮，再注顶板锚杆。注浆完毕后，根据观测结果确定是否复注及复注位置，主要是对初次注浆时，注浆效果较差的个别孔或是水泥凝结硬化时产生的收缩变形部位，通过复注可起到补注和加固作用，从而易于保证施工质量。

注浆施工工艺流程主要包括三个方面：

（1）运料与拌浆：即将水泥与水按规定水灰比拌制水泥浆，注浆实施前加入定量增塑剂，保证在注浆过程中不发生吸浆笼头堵塞等现象，并根据需要调整浆液参数。

（2）注浆泵的控制：根据巷道注浆变化情况，即时开、停注浆泵，并时刻注意观察注浆泵的注浆压力，以免发生堵塞崩管现象。

（3）孔口管路连接：应注意前方注浆情况，及时发现漏浆、堵管等事故，并掌握好注浆量及注浆压力，及时拆除和清洗注浆阀门。

注浆施工工艺如图3所示。

3.3.3 保证措施

（1）要保证注浆锚杆孔的设计间排距，并要求垂直于岩面，底角注浆锚杆下孔35°～45°，要严格控制孔深，使其与注浆锚杆长度配套。注浆锚杆尾部树脂药卷要搅拌均匀，达到设计锚固力要求。

（2）使用快硬水泥卷应按规程作业，严格控制泡水时间，并保证砸实以满足止浆强度。

（3）浆液配比、水灰比和注浆终压应满足设计要求。

（4）开机前应检查喷层和管路，检查阀门是否完全开启，管路接头要牢靠、严密、有效。

（5）注浆作业应组成专门正规队伍，注浆人员要经过培训，考核合格后才能上岗。注浆机械应由专人负责，有专人监读表头，注浆时要加强信号联系，保证注、停及时反应快速。

（6）遇到漏浆时，可暂停注浆，采取措施封堵渗漏处，几分钟后即可再注。

（7）注浆的孔口阀应注浆后6h拆除，可在第二班进行，拆下的阀门要及时清洗干净，然后抹上机油备用。

（8）注浆人员注意劳动保护，防止浆液材料烧伤眼睛或皮肤，在正注的锚杆下方或前方严禁站人。

（9）每班注浆完毕，要及时清洗注浆泵及其管路，及时维护。

（10）注浆情况及参数应专人负责控制，专人记录，填写工作日志。

（11）注浆锚杆间排距可根据实际扩散半径加以调整，当注浆过程大面积达不到设计终压，一般为浆液沿大裂隙定向扩散所致，可加大增塑剂用量，堵塞大通道，并隔2～7天后，打注浆锚杆复注，以保证围岩浆液扩散均匀。

3.4 支护监测及效果检验

3.4.1 巷道围岩表面位移

巷道围岩表面位移测点，按每个观测断面4个点布置，共布置6组，每周观测2～3次，主要测试两帮及顶底的变形量。

巷道围岩表面位移测试测点布置如图4所示。

图4 测点布置图

表2 围岩表面位移测试数据表

3.4.2 锚杆拉拔力检测

采用ML-20型锚杆拉力计抽取中空波纹注浆锚杆进行了拉拔试验。

表3 中空波纹锚杆拉拔试验结果

3.4.3 效果检验

在运输大巷上覆工作面回采前，由于对U型棚支护段采取了超前注浆加固技术进行补强，通过观测数据可以看出受采动影响范围内的巷道在工作面回采期间、回采后与回采前巷道各项参数无较大变化；超前加固效果较好。

4 结语

在采用中空波纹钢注浆锚杆支护技术对运输大巷北四～北六段进行超前补强加固后，通过效果检验可以看出该项目取得了预期效果，有效的保证了运输大巷在上覆工作面回采期间和回采后的安全使用。