深井软岩巷道全锚技术研究与应用

沈曰勇 王传振

摘 要 目前协庄煤矿已延深至-1100m水平，最大开采深度已达1300m，因开挖深度深，产生深部高应力、复合顶板的煤巷，现场不同程度出现断锚杆、撕裂钢带、顶板下沉网兜甚至是冒顶等诸多影响安全性、经济效益的现象，常规的支护形式已难以有效地维护围岩端头锚固时，将导致支护结构失效。本文主要论述了，全长锚固从增大锚杆与锚孔之间的摩擦力，支护刚度加大，等有利方面阻止岩层发生滑动，保证支护效果。

关键词 深部巷道；中、慢速树脂锚固剂；水泥砂浆；全长锚固

前言

新汶矿业集团协庄煤矿深部软岩巷道变形特征日益明显，主要集中在以下几方面：

（1）深部应力变化显著。采场向深部转移，随着埋深的增加，深部地应力越来越大。浅部最大水平主应力16.07MPa，垂直应力3.5 MPa。而深部最大水平主应力为39.77MPa，垂直应力达30.48 MPa。

（2）构造影响加剧。在深部构造应力作用下围岩整体性变差，造成顶板下沉、底板鼓起、两帮显著移近。

（3）工作面采动影响范围加大。

（4）支护失效现象突出。深部巷道大都采用端头锚固形式。一是导致杆体受到剪切破坏；二是导致整个锚杆支护失效。

1 全长锚固技术研究

全锚支护能够增强围岩稳定性，但目前未得到大范围推广，主要有两方面制约因素：

（1）全部采用树脂锚固剂，由于锚杆快速旋进的过程中将要产生大量热量，锚固剂温度将会迅速升高，加快了锚固剂的凝结时间，从而在锚杆还没有完全投入的情况下，锚固剂已经凝结，因而难以实现全长锚固。

（2）全部使用水泥锚固剂，由于水泥锚固剂凝结时间较长，安装后不能立即施加预紧力，起不到及时强化围岩的作用。

1.1 全锚理论研究

端锚支护时，杆体各部位的应力和应变相等。在锚固范围内，任何部位岩层的离层都均匀地分散到整个杆体的长度上。然而，全长锚固时杆体与钻孔孔壁黏结在一起，使锚杆随着岩层移动承受拉力；应力、应变沿锚杆长度方向分布不均匀，杆体受力对围岩变形和离层很敏感，当岩层发生错动时，与杆体共同起抗剪作用，阻止岩层发生滑动，全锚支护共同作用于整个岩体，支护效果能实现质的提升。当围岩发生离层时，靠摩擦力锚杆能够快速增阻，有效地结合了围岩自身的强度，提高了锚杆的锚固效果，增强了围岩的稳定性，具有良好的锚固效应。同时配合使用注浆锚索施工工艺，通过注浆锚索浆液在高压作用下，向钻孔周围岩体内的裂隙和空隙中扩散，对岩体产生注浆加固作用，构建均质支护体，可减小巷道周围的破碎区、塑性区范围和巷道表面位移，控制围岩破碎区、塑性区的发展，从而有利于巷道围岩的稳定。

1.2 全长锚固支护实施

在锚固端头应用中、慢速树脂锚固剂，充分发挥树脂锚固剂 “固化时间快、强度增长快、强度高 ”的特性；在锚固拉伸段应用快硬砂浆水泥锚固剂，能够实现快速全锚。

该锚固方式采用“两块树脂锚固剂+水泥砂浆锚固剂+半块树脂锚固剂”的装配方式，在锚固端头应用中、慢速树脂锚固剂，能够起到快速安装和快速凝固的效果，在中间应用水泥砂浆锚固剂，易于实现全锚，最后采用树脂锚固剂以起到封孔、限位作用。

采用中、慢速树脂锚固剂配砂浆快硬锚固剂的全长锚固方式较单纯的树脂锚固剂加长锚方式无论在全岩抑或是半煤岩巷道中均体现出锚固性能优势，全长锚固明显降低了巷道表面位移量及位移速度，采用快硬高强水泥砂浆锚固剂，在锚杆安装过程中加速了水泥砂浆锚固剂的水析，减少了锚杆安装阻力，实现了全长锚固。

2 全長锚固工业试验

2.1 全锚支护具体实施步骤

（1）快硬高强水泥砂浆药卷浸水

快硬高强水泥砂浆药卷浸水前，对每个快硬高强水泥砂浆药卷都要进行检查。质量合格的快硬高强水泥砂浆药卷质地松软。要严格控制浸水时间或用肉眼观察水中气泡情况决定，当水中不冒泡浸泡40s左右，便可从水中取出水泥药卷晾干。

（2）装快硬高强水泥砂浆药卷前检查眼孔是否合格。锚杆眼检查合格后，将树脂锚固剂和浸过水的快硬高强水泥砂浆药卷分别送到相应位置，每放一块锚固剂，均要用炮杆将眼中药卷倒实。

（3）用风动锚头连接锚杆安装器使杆体推进，搅拌底部树脂锚固剂时，旋转时间不少于40s。

2.2 矿压观测

（1）观测目的和任务

为配合快硬高强水泥砂浆药卷的试验应用，分析围岩变形破坏机理，决定在试验地点进行快硬高强水泥砂浆药卷与树脂药卷对比矿压观测，观测项目为巷道表面位移观测。

（2）观测项目及方法

表面位移的观测：在树脂药卷试验段及树脂锚固剂配快硬高强水泥砂浆药卷段均采用“十字布点法”，分别在巷道顶、帮同一断面打设一组深400～500mm、直径32mm的钻孔，并在孔中安设木塞，以木塞上铁钉作为测量的观测基准点，对应1#、2#测站。

（3）观测数据整理

1#、2#测站巷道表面位移观测数据如下所示：

1#测站73天，得到34组数据，两帮及顶底板的位移量分别为68mm、162mm。上帮OB变化量为35mm，下帮OA为33mm，顶板下沉31mm，底鼓131mm。两帮变化速度为0.93mm/天，顶底变化速度为2.22mm/天。其中14天中，两帮移近51mm，上帮OB变化26mm，下帮变化25mm，两帮移近速度为3.64mm/天，上帮移近速度为1.86mm/天，下帮移近速度为1.79mm/天。

2#测站17天共收集到30组数据，两帮及顶底板的位移量分别为46mm、78mm。上帮OB变化量为26mm，下帮OA变化量为20mm。巷道顶板下沉26mm、底鼓52mm。顶底板变化，顶底板移近29mm，顶板下沉9mm，底板变化20mm。

由以上数据可知，1#观测站在两帮及顶底板的位移量（68mm、162mm）较2#观测站（46mm、78mm）变化明显， 2#测站变化量及变化速度均小于1#测站。因此采用快硬高强水泥砂浆锚固剂与树脂锚固剂配合的全锚支护技术在围岩控制方面效果显著。

3 结束语

（1）全长锚固杆体能够依靠与围岩的摩擦力快速增阻，全锚有效地结合了围岩自身的强度，使得锚杆与围岩的耦合更加合理有效，提高了锚杆的锚固效果，增强了围岩的稳定性，具有良好的锚固效应。

（2）采用巷道全锚技术增强了岩面间的抗剪能力，减少岩层间的错动，提高顶板稳定性，能有效减少浆皮开裂、巷道底鼓等现象，取得了较好的技术、安全经济效益，保证了矿井服务年限。

作者简介

沈曰勇（1973-），男，山东省泰安市人；职称：助理工程师，现就职单位：山东能源新汶矿业集团有限责任公司，研究方向：矿井采掘生产技术管理。