亭南煤矿回风大巷软岩底板锚索注浆加固技术

侯记川 谢方鹏 丁康展

（1.陕西长武亭南煤业有限责任公司，陕西 咸阳 712000；2.山东科技大学，山东 青岛 266510）

软岩巷道围岩控制问题一直是个难题。近年来，许多专家学者[1-2]对巷道底鼓的机理、影响因素及治理方法进行了研究，基于底鼓类型的不同提出了对应的防治方法，包括挖底法、加固法和卸压法。挖底法多用于底鼓情况较轻的辅助巷道，难以起到根治的效果；加固法[3-5]是对底板加强支护，通过提高底板围岩强度来控制底鼓，一般用于主要运输大巷；卸压法[6]通过一定的技术手段改善局部围岩内的应力及能量分布，减小应力和能量集中，多用于高应力巷道，常常与加固法配套使用。注浆加固法是将水泥浆或其他化学浆液注入地基岩土中，增强岩土颗粒间的联结，使岩土体强度提高、变形减少，作为一种常用的巷道加固方法，施工效率高，控制效果好。

为有效解决软岩巷道围岩控制问题，国内外学者对软岩巷道控制理论和方法开展了大量研究，提出了采用增阻增压主动支护结构作为首要支护结构，采用适时二次加固提高支护强度的方法，可以在开采过程中保障软岩巷道的稳定与安全。为进一步保障软岩巷道开采时的稳定性，一次支护结构和二次支护结构应与围岩结合形成群落共同担负承载作用。亭南煤矿回风大巷原支护采用锚网索（喷）支护，因受采动矿压影响，巷道底鼓变形破坏严重。为控制回风大巷底鼓变形破坏，确保满足矿井安全生产要求，亟需对该巷道底板进行注浆加固。

1 工程地质条件

亭南煤矿回风大巷布置于4#煤层中，煤层直接顶为厚度6.82 m 的粗粒砂岩，基本顶为厚度4.34 m的中粒砂岩；直接底为厚度2.71 m 的铝质泥岩，遇水膨胀；基本底为厚度4.93 m 的砂质泥岩。

2 回风大巷底板锚注支护方案设计

2.1 底板浅部注浆方案

1）注浆孔参数。回风大巷底煤厚度为0～2.0 m，注浆孔深度设计为8.0 m，注浆孔排距2.0 m，每排设置2 个注浆孔，孔间距1.5～2.0 m，垂直底板布置。施工段全长290 m，共需施工290 个注浆孔，如图1。

图1 底板注浆孔布置示意图（m）

2）注浆材料配比。水泥浆的水灰比应控制在（0.6～0.8）:l.0，水玻璃浓度一般应控制在30 °Bé，水泥浆与水玻璃的比值应控制在1.00:（0.03～0.15）。

3）注浆压力参数。浆液能在围岩中顺利运输并扩散到各处的动力依靠的是注浆压力，它对注浆质量的好坏与加固效果起到直接作用。但同时，地层条件、注浆方式及注浆材料等因素也会对注浆质量的好坏与加固效果有影响和制约。所以，需要针对围岩岩性及巷道支护状况，合理确定注浆压力。通过对回风大巷围岩的承受能力计算，确定浅部水泥注浆终压为4.0 MPa，底板锚索注浆压力6.0～8.0 MPa。

4）注浆量参数。浆液的渗透半径变化范围较大，主要因素有岩石性质、破坏状态、注浆压力、浆液性质及黏度等，如公式（1）：

式中：γ为水的容重，N/m3；g为重力加速度，m/s2；s为浆液剪切强度，MPa；h为注浆压力，MPa；a为岩层的间隙等值半径，m；β为时间系数。

为确保实际有效扩散半径在孔间距的0.65～0.75倍以上，则需要在施工时实时调整浆液的渗透能力和注浆压力，使每个注浆孔浆液的渗透范围与相邻的注浆孔的渗透范围有所交叠，确保浆液能完全渗透。

单孔注浆量计算如公式（2）：

式中：A为浆液的损耗系数；R为浆液有效扩散半径，m；H为注浆孔深，取10 m；n为孔隙率，取0.8%；B为浆液充填系数，取0.4；M为浆液密度，1250 kg/ m3。

按经验数据，预计每孔注浆量为800 kg，则290 个孔大约注浆量为2.32×105kg。

2.2 底板锚索设计

1）锚索规格。组合锚索是由三根Ф17.8 mm×15 500 mm 的高强度低松弛钢绞线编制而成的，配合11#工字钢加工的底梁，底梁规格2200 mm×400 mm，托盘规格为400 mm×300 mm×20 mm，底网采用Ф6 mm 金属焊网。

2）底板锚索布置。考虑巷道宽度较大，选用每排二道梁沿巷道走向布置，排距2000 mm，锚索孔间距1600 mm，外侧锚索孔距帮700 mm，外摆15°，中间锚索垂直底板布置。290 m 巷道共布置145 排，每排4 组锚索，共580 组底板锚索。考虑巷道直接底板有煤层，为防止从两排底梁中间底鼓，底梁下铺设金属网，打孔时施工技术人员视现场具体情况可适当调整。

3）孔径。采用Ф89 mm 钻头钻孔，孔深15 500 mm。底板锚索布置断面如图2。

图2 底板锚索布置断面图

3 巷道底板锚索注浆加固工艺

3.1 施工工艺流程

回风大巷底板加固施工工艺流程，如图3。

图3 注浆工艺流程图

3.2 施工工序

1）对底板进行标孔、固定钻机、钻孔；

2）安装锚索束与反灌浆管路，并进行反灌浆；

3）下注浆管及封孔部件并封口；

4）采用组合锚索锚注注浆加固方法对巷道底板进行加固；

5）将巷道底板落底至设计高度以下500 mm位置；

6）底板锚索施工完毕后，铺设金属网、安装底梁、张紧；

7）底板硬化及注浆质量检查；

8）张拉并剪断多余锚索；

9）浇筑地坪，并对底板实施二次注浆加固；

10）同时对顶板顶帮实施锚杆、锚索注浆加固，与底板组合锚注锚索形成联合支护体。

4 巷道底板加固安全技术对策

1）打钻前应提前设计好底板锚索孔的位置、角度及方位，接好供风系统，保障供风，并确保系统完好，能正常运行。

2）为避免水力排粉对底板结构产生不良影响，底板孔采用风力排粉。在施工作业前，在降尘水幕开启后方可进行打钻施工。

3）高压风管路接口处必须用8#铁丝扎紧固定在设备上，以防由于风压过大，接口处崩开伤人。

4）在打钻过程中，如果发现孔内阻力增大且孔内排粉能力有一定减弱时，应立即停止钻进，进行检查，严禁强行钻进，强行拔杆。

5）在封孔时，必须背面朝向，不可正面面对，必须等到注浆管内脉冲压力释放之后再开启注浆阀门。

6）司泵人员密切注意泵的压力指示数值和吸浆量的变化数值，并及时向前方观察人员报告数值变化情况，以确保泵始终稳定工作；配浆人员应保持浆液始终供应，不能出现吸空现象，实时观察泵的吸浆情况，严格按照比例配浆，使浆液的配比适中；注浆完毕后，应立即用清水清洗管路，防止因浆液凝固导致管路淤积，影响后续注浆工作。清洗完毕后应将泵、管路等归整码放整齐。

7）在进行打眼、埋管、封孔、连管等作业时，应提前检查工作地点顶板维护情况，完全排除顶板和两帮的浮矸危岩后再进行注浆施工。

8）如果发现有围岩松动、注浆压力瞬间降低、跑（漏）浆等异常情况，应立刻停止注浆，待修复后才可重新进行注浆施工。

5 结语

按照设计的底板锚索注浆加固方案，对亭南煤矿回风大巷底板进行了加固试验，取得了良好的技术经济效果。底板锚索注浆加固技术具有以下特点：

1）底板锚索注浆加固技术安全可靠程度高，有效地控制了底鼓现象，避免了巷道重复维修，降低了对矿井生产的影响。

2）相比反底拱加固方法，该底板锚索注浆加固技术施工简单、控制效果好、加固成本低。

为广泛地推广应用底板锚索注浆加固技术，可根据现场生产实际条件优化锚索和底梁布置方式等支护参数；二次注浆时可采用气动双液变量型注浆泵进行注浆，钻机可使用移动方便的机型，以便提高施工效率。