全长预应力中空注浆锚索在过断层巷道中的应用

王录

（山西霍州煤电回坡底煤矿 山西霍州031400）

锚索具有预应力大、强度高、锚固范围大等特点，是特殊条件下加强巷道支护的重要手段，在深井巷道、软岩巷道中被大量采用。根据锚固形式和锚固材料的不同，现有锚索主要分为树脂端锚锚索和注浆锚索两种，目前国内普遍使用树脂端锚锚索进行有效支护，随着矿井开采对安全越来越重视，注浆锚索的使用逐渐成为趋势。

××矿井为全井田带压开采，矿井地质构造复杂程度为中等类型。根据物探等现有技术勘探结果，目前井田范围共发现断层262条，其中落差50 m～100 m的断层5条，20 m～50 m之间断层14条，5 m～20 m之间断层45条，小于5 m断层198条。受地质构造影响巷道在前期掘进施工及后期工作面回采期间变形量较大，个别锚索甚至破断失效，针对上述问题，××矿引入中空注浆锚索应用研究。

1 工作面概况

××矿2-618工作面煤层平均厚度3.3 m，倾角5°，设计切巷长度230 m，顺槽长度812 m。2-6181巷掘进施工中揭露断层F11 H=13 m∠30°，影响长度约35 m。

图1工作面布置图

根据2013年在2-6091系统巷设立的测站围岩地质力学测试显示，测站最大水平主应力为20.91 MPa，最小水平主应力为11.44 MPa，垂直应力为12.44 MPa。最大水平主应力方向为N19°W。

根据巷道岩性观测，顶板以上7 m范围内岩层依次为砂质泥岩、砂岩、砂质泥岩和砂岩。其中砂质泥岩岩层强度约为44.7 MPa和46.7 MPa；砂岩岩层强度约为82.6 MPa和70.3 MPa。

2 全长预应力中空注浆锚索作用原理

预应力锚索全长锚固技术是在原中空锚注技术基础上对中空注浆锚索、注浆材料和注浆设备进行改进而形成的新型巷道支护技术。它使用大孔径注浆芯管的注浆锚索、专用无机注浆锚固料和高压注浆设备。锚索先在迎头进行树脂端锚，不用封孔，张拉预紧施加预应力，立即起到支护作用，在滞后迎头向锚索的中空结构注入无机锚固材料，当孔口流出无机锚固剂时停止注浆实现锚索的全长锚固，从而改变了锚索的受力状态，提高了锚索对围岩的支护效果。

3 支护方案及施工技术

3.1 支护设计

如图2，工作面呈矩形布置，支护方式为“锚网+锚索”联合支护。锚杆规格：巷道顶帮部锚杆选用ϕ20×2 500 mm高强螺纹钢锚杆，顶锚杆采用Z2388、CK2340型锚固剂各一条进行锚注，呈“七·七”矩形布置，间排距为800×800 mm；帮锚杆采用Z2388型锚固剂一条进行锚注，呈“五·五”矩形布置，间排距为750×800 mm。

锚索规格：锚索均选用ϕ21.6×7 300 mm注浆锚索，采用Z2388、CK2340型锚固剂各一条进行预锚注，呈“三·三”布置，间排距为1 600×1 600 mm。

图2断面支护图

图3现场支护图

3.2 施工方法及流程

（1）打眼，根据定点眼位施工锚索钻孔，钻孔直径为28 mm，锚索直径21.6 mm，打眼深度7.0 m。

（2）安装预应力锚索，锚索张拉力不得小于35 MPa。

（3）全长锚固锚索充填施工顺序：按照比例将水和有机复合材料在搅拌桶内搅拌均匀→将充填泵与充填管连接牢固→充填管与全长锚固锚索进行可靠连接→充填达到标准后停浆（关闭充填机）

4 工程效果分析

通过测试锚索张拉力、观测锚杆锚索受力情况及顶板围岩变形检测等手段，对断层段巷道围岩情况进行深入分析，进而反应中空锚索使用效果。

4.1 锚索张拉力分析

表1锚索张拉力

根据测试，注浆材料1 d抗压强度可达25 MPa，28 d抗压强度可达70 MPa，因此前期锚索预紧力主要由树脂锚固剂提供，随着时间推移注浆材料起到主要锚固作用。锚索初始张拉力不得小于35 MPa，为保证注浆锚索的正常使用，每10 d进行一次张拉，每次张拉增加5 MPa，通过实验，28 d后注浆锚索张拉力不小于50 MPa，能够有效起到对顶板的支护作用。

4.2 锚杆（索）受力分析

随着施工进程，在过断层区段相隔20 m安装一组锚杆锚索测力计和顶板离层仪，共计3组，每组1个顶板离层仪，2个液压枕（顶锚索1个，帮锚杆1个）。

图4顶板离层变化情况

通过图4可得：顶板离层仪初始安装读数均为1 mm，随着时间推移，顶板均有一定离层量，其中1#和3#离层仪由于在断层边缘，受断层影响较小，顶板下沉1mm后趋于稳定；2#离层仪受断层牵动影响较大，顶板离层4 mm后围岩趋于稳定，符合顶板支护管理要求。

图5液压枕压力变化情况（帮锚杆）

通过图5可得：帮部液压枕受采动影响，前期数据变化较明显，后期趋于稳定，未出现较大数据波动，受断层影响较小，巷道帮部围岩较稳定；2#液压枕安装在断层中部区段，受断层影响，相对1#和3#变化较明显；锚杆液压枕初始读数值最小38 MPa（3#），后期稳定值最大86.3 MPa（2#），变化最大值38.8 MPa（2#），均在锚杆抗拉极限值内，符合支护要求。

图6液压枕压力变化情况（顶锚索）

通过图6可得：顶板岩层未出现明显离层，锚索受压基本稳定；2#液压枕初始安装数值大于1#和3#，断层区段顶板具有一定压力；锚索受拉强度均在锚索破断极限内，符合支护要求。

5 结论

中空注浆锚索在巷道特殊区段的应用，很大程度上增强了巷道围岩的稳定性，是对巷道围岩加强支护的一次成功应用，对地应力较大，尤其锚索支护过程中有破断现象矿井具有一定的借鉴作用。