马兰矿新型锚固注浆体系支护技术研究

邢夏冰

（山西西山煤电股份有限公司马兰矿，山西 古交 030205）

1 工程概况

南五下组煤辅助运输下山巷道成型时间较久且受工作面回采应力影响，出现了顶板下沉，两帮变形严重的情况，在前期该巷道进行过多次返修，但都没有取得理想的效果。根据现场观察发现，南五下组煤辅助运输下山里程500 m以下两帮变形严重，巷道宽度仅为3.5 m，里程700 m后与南五下组煤辅助皮带下山之间煤柱破碎严重，煤柱支撑力不足，顶板明显向煤柱侧倾斜。为减少两帮变形，现决定在后续修复过程中使用新型锚固注浆体系对煤柱进行加固。

2 新型锚固注浆体系支护技术方案

2.1 技术方案

首先根据现场实际考察情况制定南五下组煤辅助运输下山全断面锚注支护修复方案，里程500～800 m巷道进行全面复修，需进行扩帮，重新支护，里程800～1 300 m巷道需在原支护基础上进行注浆加固。

2.1.1 500～800 m段

煤柱帮部支护采用“左旋螺纹钢锚杆+中空注浆锚索+钢筋网”对顶板进行支护，两帮选用“Φ20 mm×2 000 mm左旋螺纹钢全长锚固树脂锚杆支护，锚杆间、排距2 700 mm×1 000 mm，锚索采用Φ22 mm×7 300 mm中空注浆锚索，间排距900 mm×2 000 mm；全断面加挂钢筋网，注浆终压不小于4 MPa（见图1）。2.1.2 800～1 300 m段

煤柱帮部布置中空注浆锚索：直径Φ22 mm，钢绞线长度7 300 mm，每帮布置2根，间排距1 800 mm×2 000 mm。注浆终压不小于4 MPa（见图2）。

施工完毕后喷砼封闭，喷厚150 mm，砼标号C20；注浆材料：选用固安丰；中空注浆锚索应带有压花环紧固头（专利号：ZL201821264172.X），防止手套效应，且在中空注浆锚索施工时将推进式塔式多层止浆塞（专利号：ZL201821265123.8）一并推入钻孔内，为后续注浆施工创造条件。

图1 南五下组煤辅助运输下山里程500～800 m支护断面图（mm）

图2 南五下组煤辅助运输下山里程800～1 300 m支护断面图（mm）

2.2 中空注浆锚索注浆施工流程

中空注浆锚索注浆施工流程：按间排距钻孔→压风扫孔→安装注浆锚索及止浆塞→安装托盘张拉预紧→安装球形阀及注浆管→检查顶板完整性及裂隙发育程度→喷浆（如巷道表面有裂隙）→开泵搅拌配浆并注浆（缓慢增压）→达到注浆参数时停止注浆→30 min后卸下球形阀；但不要过分用力，只要托盘贴紧巷壁，用板手上紧螺母即可。

2.3 中空注浆锚索施工工艺

2.3.1 锚索施工前准备要求

1）中空注浆锚索施工前，中空注浆锚索需轻拿轻放，防止因重拿重放损坏锚索的尾部，从而导致锚索注浆效果差，甚至失效。

2）由于井下巷道灰尘较多，在运输过程中，应该对中空注浆锚索加以保护，使得锚索表面无灰尘，若灰尘沾满锚索表面，使得锚索的粘结效果大大降低，也会堵塞锚索的注浆口。

3）在施工及运输过程中，中空注浆锚索可以有一定程度的弯曲，但是弯曲程度不能超过1.5 m，若弯曲程度太大，会造成注浆管的变形，甚至使得中空管挤出注浆口，造成锚索报废。

4）在施工中空注浆锚索时，应该准备好必备的相关一些有用的工具，长螺丝刀、钢丝刷、扳手、管钳、棉纱等。同时巷道迎头以及低洼处中设积水水窝，并配排水泵将施工用水以及围岩出水集中外排，做到用水必管、有水必排。

2.3.2 钻注浆锚索孔

1）使用单体顶板锚杆钻机和支腿式帮锚杆钻机按设计位置钻顶板和帮锚索孔。孔径要与使用的锚索相匹配。

2）钻孔位置尽量将围岩表面处理平整，同时保证注浆锚索托盘安装后不会覆盖锚杆、托盘、钢筋梯等已有材料，不得选择破裂面边缘施工，否则会无法封严孔口造成注浆时漏浆。

3）钻孔开孔时，不得开水，待钻头完全进入煤体或岩体内后，再开水阀门。防止过早开水将孔口煤体或岩体冲散，孔径增大，形成喇叭口。

4）钻孔均应尽量与岩面垂直。防止打眼角度过大，张拉时锚索弯曲影响注浆效果。

5）掌握好钻孔深度，误差在50 mm之内，以防外漏太长，造成封孔长度不够，或外漏太短，无法进行张拉操作。

2.3.3 安装注浆锚索

1）钻孔后，立即进行中空锚注锚索的安装工作，以防塌孔，无法安装。

2）安装之前计算树脂锚固剂锚固长度，本矿根据巷道顶板情况设计2个出浆口，分别位于锚索前端2.0 m和3.5 m处，锚固长度过长会阻塞出浆口，无法出浆。

3）中空注浆锚索安装之前检查索体本身表面清洁，避免锚索粘满泥、灰、煤粉、油和水影响锚索与树脂和注浆液体的粘结效果，特别是出浆口位置不得堵塞，保持出浆畅通。

4）用中空锚注锚索将树脂锚固剂顶入孔内，不得用力过猛，以防树脂锚固剂提前破裂。待树脂锚固剂被顶入孔底之后再用钻机搅拌锚索，在搅拌过程中也不宜用力过猛，防止搅断锚索钢丝焊接口。

2.3.4 封孔

1）待树脂锚固剂完全锚固之后进行封口工序。

2）封口之前先检查孔口形状及孔口表面平整度。将孔口凸起煤块或岩石清除，防止托盘封口不严。

3）封口时将塔状止浆塞穿入中空锚注锚索内，使用推管将其与锚索锥状止浆塞紧密顶紧，使其充满孔洞，实现止浆。

4）止浆塞安装完毕后安装托盘、锁具，进行张拉工序，保证托盘贴近煤面或岩面。

2.4 注浆施工工艺

1）将接有注浆管的注浆连接器拧入中空锚注锚索尾端内丝扣内，慢慢扭紧注浆器。确保注浆连接器与煤柱锚索连接紧固，并采用铁丝二次加固防护，以防注浆时高压使注浆连接器脱丝，反弹伤人。

2）注浆时，锚索下方和两侧45°内严禁站人，以免出现意外。

3）注浆时，每排自两帮最下部的中空锚注锚索开始、逐根向上进行。

4）注浆同时注意观察注浆压力。当压力达到5MPa以上或注浆泵憋死的情况时停止注浆，如确是锚索注满，完成此锚索注浆工作，如不是，检查原因，处理完毕待四五分钟后再次注浆。

5）注浆时注意查看锚索周围漏浆情况，并采用炮泥、锚固剂等及时进行封堵，如漏浆面积过大，无法封堵，停止注浆。可以先对别的锚索进行注浆，待半小时左右后在对漏浆锚索进行补注工作。

6）建议对中空锚注锚索进行注浆工作时采取隔排注浆模式，减少串浆，同时在初次注浆后再次补注，可以增强锚固煤体或岩体的注浆量。

3 巷道变形监测分析

中空注浆锚索施工完成后，需对其支护效果进行监测，观测巷道顶底板、两帮的变形情况，从而判断该中空注浆锚索的支护效果，为矿井优化巷道支护设计提供数据支撑，保证矿井安全生产。因此本次试验决定在马兰矿南五下组煤辅助运输下山，通过安设巷道变形测试仪对巷道顶板和两帮进行观测，通过60 d的观测，对测试的数据进行整理分析，得出如图3所示的巷道表面变形观测曲线图。

图3 巷道顶板及巷道两侧变形观测曲线

从图3可以明显看出，马兰矿南五下组煤辅助运输下山在采用中空注浆锚索支护以后，前10 d内巷道两帮的变形量明显大于巷道顶板的变形，巷道顶板的变形量为41 mm，而巷道两帮的变形量为70 mm，达到总变形量的58%左右；随着时间的推移，10~20 d内，两帮的变形量也大于顶板变形量，但是变化趋势变缓；20 d以后，巷道的两帮与顶板的变形趋势趋于稳定，两帮的最终变形量为119 mm，顶板的最终变形量为71 mm；并通过之前对原有支护变形量的统计，可以知道，两帮的变形量为145 mm，相较使用中空注浆锚索后变形量减小17.9%，而顶板的变形量为86 mm，相较使用中空注浆锚索后变形量减小17.4%，通过比较可以看出，巷道顶板和两帮均得到了有效控制，说明中空注浆锚索具有良好的支护效果，能够满足矿井需求。