组锚注浆控底技术在底鼓治理中的应用

郭勤强,田　坤,胡振升,王　哲

(1.河南省地矿局第一地质矿产调查院，　河南 洛阳市　471000； 2.郑州市煤炭管理局，河南 郑州　450000； 3.晋煤集团宏圣建筑工程有限公司，　山西 晋城市　048000)



组锚注浆控底技术在底鼓治理中的应用

郭勤强1,田坤2,胡振升3,王哲1

(1.河南省地矿局第一地质矿产调查院，河南 洛阳市471000； 2.郑州市煤炭管理局，河南 郑州450000； 3.晋煤集团宏圣建筑工程有限公司，山西 晋城市048000)

为了解决软岩巷道的底鼓问题，提出了组锚注浆控底技术。通过数值模拟及现场矿压监测，对某矿120石门采用组锚注浆控底技术的效果进行了分析与研究，结果表明：组锚注浆技术能够有效减小巷道底鼓量，同时帮顶变形量小，控底效果良好，巷道围岩最大主应力分布状态得到改善，锚索的高抗拉强度优势得以发挥。

软岩巷道；底鼓；组锚注浆；控底技术

0　引　言

底鼓是指巷道底板向上隆起的现象，是软岩巷道的主要破坏形式之一。底鼓会导致巷道断面缩小，阻碍矿井运输和通风的正常进行，严重时甚至会造成整条巷道的报废，对矿井的安全生产造成极大的制约[1]，因此对软岩巷道的底鼓问题进行合理控制设计尤为重要。某矿是典型的软岩矿井，部分巷道破坏严重。120石门全长94 m，采用锚网索喷支护，由于底板岩层松软破碎，底鼓、拱墙内错破坏严重，巷道一直处于不稳定状态，严重影响了运输工作的正常进行并增大了通风阻力。结合某矿实际地质特点，通过分析巷道底鼓原因，提出了组锚注浆控底技术，从而解决了120石门底鼓严重的问题。

1　工程概况

矿区地貌为丘陵坡地，地形呈北高南低，为山前倾斜坡地与冲积平原交汇带。北部玄武岩山标高+726.3 m，井口标高+533.46 m，地表坡度5°左右。区内北部发育一条较大的冲沟。矿井远离地表水体，工业广场地势较高，北部山坡有自然冲沟和泄洪沟等防堤工程，将山洪蓄积分流出塌陷区。某矿120石门位于6-2煤层底板岩石内，底板岩层以白色砂岩为主，黑色泥岩、砂质泥岩次之，底板岩石破碎，遇水膨胀。

2　底鼓机理分析

据大量现场实测数据、数值模拟分析可知，巷道底鼓的原因和破坏形式有许多，其发生的条件也各不形同，主要有挤压流动型、挠曲褶皱型、剪切错动型、遇水膨胀型4种底鼓方式[2￣3]。通过对120石门现场调研和室内试验可知，一方面，该巷道直接底为破碎岩层，此时底板破碎岩层强度远小于结构相对完整的巷道两帮和顶板的强度，在压模效应和远场应力的共同作用下，受挤压后沿着底板自由面流动到巷道内；另一方面，巷道底板为膨胀性岩石，遇水后体积明显增大，引起强烈的底鼓现象。因此，120石门的底鼓类型为挤压流动型和遇水膨胀型底鼓的复合。

3　组锚注浆控底技术

3.1控底方案

(1) 将巷道底板卧至设计标高以下300～400 mm；

(2) 对底板进行浅部预注浆，改善底板破碎状态，为打组合锚索孔和形成深孔注浆承压面创造条件；

(3) 打组合锚索孔，编制并安装组合锚索，下注浆管封孔；

(4) 利用锚索孔对底板深部进行高压注浆；

(5) 依次铺钢筋网、下底梁，再铺钢筋网，上大、小托盘，张拉锚索，浇筑混凝土至设计标高；

(6) 待浇筑混凝土凝固后对底板打浅孔进行二次注浆。

3.2技术参数选取

(1) 注浆参数：注浆材料选用水泥—水玻璃双液浆材，水泥为42.5 MPa普通硅酸盐水泥，水玻璃选用40Be′浆液，严格按照配比施工；浅孔注浆压力为3 MPa，深孔注浆压力设计为5 MPa。

(2) 注浆孔布置：浅部预注浆钻孔为五花式布置，每排2个孔，深部注浆孔布置为全段每排1孔排距2.5 m，孔距帮0.6 m，钻孔直径为90 mm，孔深6 m；浇筑完后沿巷道中心按1 m间距布置1排注浆孔，孔径90 mm，孔深6 m。

(3) 锚索的选择：锚索选用3根Φ17.8 mm的钢绞线，单根强度级别为1860 MPa，破坏载荷350.0 kN，组合锚索端头锚固段应不小于4 m，将底板组合锚索长度确定为12.5 m。

(4) 组锚布置：结合120石门跨度、底板岩性，确定钻孔使用五花布置，排距2.5 m，每排2个孔，每两排中间1个孔，中间孔位于巷道中心线上，垂直底板，两侧孔距帮0.6 m，锚索外摆角度为15°，预紧力设为120 kN。

4　数值模拟

4.1模型建立

建立长×宽×高为80 m×50 m×80 m的数值模型，注浆后浆液的扩散半径取最小值1.5 m。控底效果的模拟是通过改变围岩加固圈的力学参数来进行的。

4.2数值模拟结果分析

(1) 围岩位移状况：图1和图2显示了巷道围岩位移状况。可以看出最大底鼓量为5 cm，较控底之前减小了近90%；两帮移近量约为8 cm，顶板下沉量在5 cm以下。巷道整体尤其底板稳定性良好，达到了进行控底方案设计的目的。

图1　垂直方向位移

图2　水平方向位移

(2) 围岩应力以及锚索受力状：图3和图4显示了使用组锚注浆方案后巷道围岩应力分布状况。通过与控底前的应力分布状况进行对比可以发现，虽然控底后的巷道底板也出现了拉应力，但由于使用了底板组合锚索，底板处拉应力降低，而且由于底板注浆改善了底板岩石强度，石门底鼓量不大，而且巷道底角处的应力集中现象得到了缓解。图5显示了底板锚索的受力状态。通过进行底板注浆和对锚索施加预紧力，组合锚索实现了全长锚固，从图中可以看出三组锚索受拉明显，其具有的高抗拉强度特性得到了发挥，对抑制巷道底鼓变形起到了重要作用。

图3　垂直方向应力分布

图4　垂直方向应力分布

图5　底板锚索受力状况

5　矿压监测

为使矿压监测尽可能真实的反映出控底效果，避免巷道交叉点等因素对底板稳定性的影响，在120石门内设置两个观测断面，观测断面距交叉点22 m，观测断面间距为50 m，每个观测断面上设置巷道表面位移测量基点。所测断面两帮最大移近量为112 mm，最大底鼓量为78 mm。在支护实施后大约一个半月之内巷道变形明显，之后逐渐趋向稳定。表明经过组锚注浆技术进行加固后的巷道围岩可以达到一个较好的稳定状态，能够满足生产需求。

6　结　论

根据分析某矿120石门底鼓原因、影响因素及其现场条件，确定控底方案为底板组锚注浆加固，并对方案进行了数值模拟及现场矿压监测，结果表明：组锚注浆技术能够有效减小巷道底鼓量，同时帮顶变形量小，控底效果良好，巷道围岩最大主应力分布状态得到改善，锚索的高抗拉强度优势得以发挥。

该组锚注浆技术可以为软岩巷道的底鼓问题提供借鉴。

[1]欧阳昶,陈科,闫帅,等.回采巷道底鼓控制技术研究[J].煤炭科技,2009(3):7￣10.[2]冯江兵,张科学,路希伟,等.采动影响下回采巷道底鼓机理及实用性技术研究 [J].煤炭技术,2011,30(3):68￣70.[3]姜耀东,赵毅鑫, 刘文岗,等.深部开采中巷道底鼓问题的研究[J].岩石力学与工程学报,2004,23(14):2396￣2401.[4]杨新安,陆士良,葛家良.软岩巷道锚注支护技术及其工程实践[J].岩石力学与工程学报,1997,16(2):171￣176.[5]王连国,李明远,王学知.深部高应力极软岩巷道锚注支护技术研究[J].岩石力学与工程学报,2005,24(16):2889￣2893.[6]康红普,林健,张冰川.小孔径预应力锚索加固困难巷道的研究与实践[J].岩石力学与工程学报,2003,22(3):387￣390.[7]于新锋,柏建彪.张集矿综采工作面破碎煤壁注浆加固技术研究[J].煤炭科学技术,2006,34(2):69￣71.[8]曹胜根,刘长友.高档工作面断层破碎带顶板注浆加固技术[J].煤炭学报,2005,29(5):545￣549.

2016￣06￣05)

郭勤强(1990-)，河南周口人，助理工程师，从事矿业开发工作，Email：guoqinqiang1989@163.com。