破碎围岩巷道全锚索注浆联合支护技术实践

王智玉 张 帅 王鸿宇

（河南能化集团永煤公司红岭煤矿，河南 安阳 455100）

1 概况

水仓位于永煤集团安阳公司红岭煤矿-445 m 水平车场，位于东风井保护煤柱范围内，周边巷道密集，特别是邻近吸水小井时地应力较大。外水仓扩修还邻近落差18 m 的F407 断层，该区域地层倾角由西向东逐渐变大。水仓巷道布置在二1 煤层底板，主要揭露岩层为泥岩（7.2 m）、砂质泥岩（2.1 m）、泥岩（0.5 m）等。二1 煤层厚度为6.7 m，煤层上方直接顶为9.5 m 砂质泥岩和9.1 m 细砂岩。主体施工水仓断面为直墙半圆拱形，净宽4600 mm、净高3800 mm，毛宽4900 mm、毛高3950 mm。

2 全锚索注浆联合支护技术及参数校验

2.1 全锚索注浆联合支护技术参数

根据红岭矿及周边矿井井底车场水仓巷道支护实践和-445 m 水平水仓巷道围岩破碎的条件，确定-445 m 水平水仓巷道采用全锚索注浆联合支护技术（图1），具体参数如下：

图1 注浆锚索封孔示意图（mm）

1）水仓采用金属网+全锚索进行支护，支护后进行表面喷浆，厚度为150 mm，喷射砼标号C20的混凝土，配比（体积比）为：水泥:黄砂:米石:水=1:2:2:0.52。水泥采用PO 42.5#普通硅酸盐水泥，黄砂采用中粗砂，米石必须坚硬耐久，粒径5～10 mm，水用井下生产用水。最后进行混凝土铺底硬化，厚度为150 mm。

2）锚索矩形布置，在中线及两侧1.6 m、3.2 m处打设直径21.6 mm、长8000 mm 的注浆锚索，其余地点打设直径21.6 mm、长4000 mm 的注浆锚索，锚索间排距为800 mm×800 mm。每根锚索使用3支树脂锚固剂，1 支MSCK2350、2 支MSZ2350 树脂锚固剂，设计锚固力为120 kN。

3）网片为金属网，使用6#钢筋焊接，金属网规格1000 mm×2000 mm；网目为正方形，规格为90 mm×90 mm。

4）注浆锚索注浆压力不大于2 MPa，以孔周围冒浆为注浆结束标准。采用QZB-50/6 气动注浆泵，水灰比的控制可按照拌料时采用的灰桶体积进行控制（灰桶的直径为560 mm，高度为450 mm，每桶加水高度为300 mm，体积为0.074 m3，加入水泥为0.087 t 即1.5 袋水泥）。注浆锚索孔开孔1 m 位置使用MQT-130/3.8 型气动锚杆钻机配合B19 钻杆、直径40 mm 的钻头打设，而后采用直径28 mm 钻头打设至锚索设计深度。正常安装锚索后，在1 m开孔位置预留1 m 长、直径10 mm 的注浆胶管，胶管外露150 mm，而后在开孔向里500 mm 用棉纱进行封堵，开孔向里200 mm 用水泥进行封堵，外露的胶管穿进特制的锚索托盘钻孔内（胶管必须朝向钻孔的下方），并将锚索进行张紧。

2.2 全锚索注浆联合支护技术参数校验

1）锚索直径

锚索直径d按照以下公式进行计算：

式中：Nt是钢绞线轴向拉力设计值，取200 kN；fptk是钢绞线抗拉强度标准值，取1860 MPa；K0是钢绞线界面设计安全系数，取3。

计算可得锚索直径理论值为20.27 mm。因此，锚索直径确定为21.6 mm 的、1×7 股预应力钢绞线是合理的。

2）锚索长度

设组合梁岩层上部受均布载荷q作用，锚索长度包括锚索外露长度L1、锚索有效长度（组合梁厚度）L2和锚固长度L3。根据组合梁理论，L2根据满足组合梁岩层最下面一层外表面抗拉强度条件确定，即L2可以根据式（2）确定：

式中：B是巷道宽度，取4.9 m；q是组合岩梁上部承受的均布荷载，取两层顶板载荷0.63 MPa；σt是组合岩梁最下面岩层抗拉强度，取0.5 MPa；K1是安全系数，一般为3～5，取4.5。计算可得，锚索有效长度为5.8 m，锚索计算总长度为7.8 m，实际锚索取8.0 m。

3）锚索间排距

锚索间排距由组合岩梁的抗剪强度确定。假设锚索间距和排距相等，均为a。组合岩梁抗剪安全条件下，锚索间排距可以用式（3）确定：

式中：τ是锚索抗剪强度，取0.8 倍抗拉强度（1860 MPa）；K2是组合岩梁抗剪安全系数，一般取3～6，这里取4.5。计算可得，锚索间排距理论值为781 mm，实际取800 mm。

4）注浆相关参数确定

以围岩加固为目的的围岩注浆，其起始注浆压力一般为0.8～1 MPa，终止注浆的压力为1.5～2 MPa即可满足要求。以防堵水为主要目的的围岩注浆，其起始注浆压力应与注浆点处的静水压力相当，终止注浆的压力为静水压力的1.5 倍即可。注浆孔深主要根据被加固岩层的松动圈深度而定，注浆孔深为1 m。

3 工程实践及效果

全锚索注浆联合支护技术在现场进行了工程应用，施工及后期使用过程中，对施工点进行观测和风险评估，分析结果见表1。

由表1 可以看出，全锚索注浆联合支护技术实际应用过程遇到的风险等级较低，潜在事故多发生在顶板，且所有风险均可通过加强工程技术人员防范管控意识和学习掌握新技术得以解决。由此可知，采用全锚索注浆联合支护技术，能够有效地保障断层破碎带水仓巷道掘进安全及支护要求。

4 结语

以红岭矿及周边矿井井底车场水仓巷道支护实践和-445 m 水平水仓巷道围岩破碎为条件，确定了-445 m 水平水仓巷道采用全锚索注浆联合支护技术，相比于锚杆锚索喷浆联合支护，全锚索注浆联合支护可用于解决受断层影响的局部易冒顶区域的掘进，有利于预防后期大变形。工程实践表明，全锚索注浆联合支护技术在实际施工过程中的事故风险等级较低，能够保证断层破碎带水仓巷道的安全。