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锚注一体化支护在深部软岩巷道中的应用隋振诚郑学军宋吉宁【龙口矿业集团公司梁家煤矿，山东龙口265700】摘要分析了梁家煤矿深部巷道三软地层的特点，采用锚注一体化形式支护，取得了理想的支护效果。关键词深部软岩巷道锚注一体化支护-----------------------------------------------------------------------1概述梁家煤矿属于典型的三软地层，围岩自稳时间短，具有显著的流变特性，遇水极易膨胀，发生流变，巷道支护极为困难。特别是在巷道埋深深，且临近采空区的巷道，支护更为困难。2007～2008年施工的煤4二采专用回风上山，埋深最深为-508m，施工中将揭露三条断层，最大落差为8m，巷道临近煤4一采采空区施工，最小岩柱为5m，巷道的服务年限设计为9年。因此，该巷道的支护成为我们研究的重点。2地质特点分析梁家煤矿属于典型的三软地层，软岩地层的特性非常明显。煤4二采专用回风上山的地质特点为：（1）围岩强度低，自稳性差巷道围岩的强度低，煤体、顶底板都极其松散，岩层的自承能力差，自稳时间短，在掘进短时间内即呈现明显的压力显现并失去自稳，需要及时进行支护。（2）具有极强的吸水性和膨胀性地层中含有大量的蒙脱石（蒙脱石最高为68.4％）、高岭土膨胀性矿物，具有极强的吸水性，在掘进施工后，极易吸收水分而发生膨胀。尤其是煤4底板的泥岩，吸水性强，具有强烈的膨胀性和流变性，在以往煤4一采区的施工中，曾出现一天内底臌1.6m的现象，给施工造成了极大的困难。（3）围岩变形持续时间长梁家煤矿施工巷道围岩位移观测数据表明，巷道在掘进后将发生长时间的变形，分为三个阶段：开掘后10天左右巷道的变形较大，为速变形期；在掘进20～50天为缓变形期，巷道的宽度收敛；在50天后有一个剧变形期，主要是由于巷道围岩吸水后急剧膨胀，导致了巷道支护的破坏。根据上述情况分析，梁家煤深部软岩巷道在开挖后，须立即封闭围岩来减少围岩在空气中暴露时间，并及时进行巷道支护。为此，回风上山的支护以锚、喷+锚梁支护为主，便于及时封闭巷道围岩，加设料石底拱，以控制巷道的底臌，在此基础上，增加二次支护。3支护形式3.1以往支护经验梁家煤矿在同煤层的煤4一采区的二条上山的巷道均采用了二次复合支护形式，一次为锚、网、喷+锚梁支护，二次为混凝土灌注和带料石反底拱支护。煤4一采区在施工期间，巷道底臌严重，顺槽最大累计卧底量达到2.5m。对于底臌，我们的处理方法是进行适当的卧底，然后进行反底拱施工加以控制。煤4一采区准备巷道采用了二次复合形式支护，满足了整个采区在回采期间的安全生产需要。对煤4二采区的准备巷道、区轨道、皮带上山均采用了二次复合支护，但该支护形式施工进度缓慢，工人的劳动强度大，所以决定在煤4二采专用回风上山进行一种新的支护试验。经过论证，决定进行锚注一体化支护试验。3.2支护形式的选择3.2.1锚、网、喷支护机理锚、网、喷支护的巷道主要是依靠锚杆的紧固作用将巷道的围岩紧紧地紧固在一起，形成承载体，共同承受围岩的压力；同时喷浆可以及时将围岩封闭，减少了围岩的暴露时间，提高了围岩的自承能力。3.2.2注浆支护机理注浆是对巷道围岩进行加固，由于浆液注入到岩石的缝隙里，使破碎岩石重新凝结成一体，从而提高了岩石的整体强度和稳定性。浆液的注入，有利于阻断断层水的威胁。在临近断层、老空施工时，浆液的注入有利于阻断有害气体溢出，有利于安全生产。3.2.3支护优点锚注一体化支护是集合了锚杆支护和注浆的优点，并具有其特殊的支护机理。锚、网支护使巷道围岩得到及时支护，避免了围岩在开掘后短时间爆裂失去自身的承压。喷浆使巷道围岩得到及时封闭，减少围岩与空气接触的时间，从而减少了岩石的风化和围岩由于吸水而膨胀机会；由于有混凝土喷层的防护，使浆液不易外溢，提高了注浆的效果。注浆时的高压力，让浆液能够更充分注入到岩石块间的缝隙中，使破碎岩石重新凝结成一体，从而大大提高了岩石的整体强度和稳定性。由于浆液的注入，可以将支护锚杆的孔注满，使岩体和锚杆全面接触，形成锚杆的全长锚固，解决软岩巷道支护中，锚杆端头锚固的问题；浆液注满了锚杆孔，阻断了空气与杆体的接触，减少了杆体受水的影响而腐蚀的问题。在锚、网、喷和注浆的共同作用下，巷道围岩形成了一个整体，共同承受地压。4锚注一体化施工4.1施工准备①注浆设备使用BAC1—16开关及TBW-50/15型注浆泵。②注浆材料。③采用直径20mm的普通钢管（花管）作为注浆锚杆，管口攻100mm丝扣，注浆锚杆上钻直径8mm的单孔，孔距100mm，呈45°螺旋布置，注浆锚杆长1500mm。4.2施工工艺①成巷后，首先进行巷道一次锚、网、喷支护和反底拱。②一次锚、网、喷支护和反底拱后安设注浆锚杆，安设完毕后复喷混凝土。③扒装机施工结束后前移扒装机，在扒装机后方进行注浆施工。④注浆与掘进平行施工。4.3施工要求①按规定进行掘进和锚、网、喷支护。②初喷后复喷前安设注浆锚杆。注浆锚杆呈三花布置，注浆锚杆与巷道支护锚杆呈插花布置，注浆锚杆的间排距为1500×1500（mm）。③安设注浆锚杆时，注浆锚杆与孔壁之间用小木塞楔紧，复喷时用破布将注浆锚杆丝扣缠住，防止喷浆料堵塞注浆锚杆丝扣和注浆孔，复喷结束后，注浆锚杆外露长度为50～100mm。④移扒装机，在扒装机后方进行注浆。⑤把注浆锚杆接上注浆管路及阀门，将水、水玻璃按设计配比在贮料桶内搅拌均匀，再按照比例加入水泥并搅拌均匀，把吸浆管插入贮料桶内，打开阀门即可开动注浆泵进行注浆。⑥每组注浆锚杆注浆完毕后，先关阀门，然后停机，撤掉注浆管。停10～20min后，再卸掉阀门，上锚杆托盘、螺母。锚注一体化锚杆布置如图1～2所示。图1注浆锚杆布置断面图图2注浆锚杆布置剖面图5施工效果起初施工25m双层锚杆后，施工50m为单层锚、网、喷+注浆试验。扒装后集中安设注浆锚杆，复喷前，巷道收敛在200mm左右，锚杆托盘内陷80～90mm左右，托盘内陷大。复喷结束后及时注浆，并设点观测。观察结果表明，5天内巷道收敛20～30mm，巷道变化较小，巷道趋于稳定。锚注一体化支护段巷道在验收时，破除了注浆锚杆及原支护锚杆周围的岩柱，发现在注浆锚杆周围的煤体中充满了白灰色的泥浆液，原支护的锚杆孔内亦充满了浆液。这说明了注浆对巷道围岩起到了加固作用，同时对巷道的原支护锚杆起到了全长锚固的效果。根据对注浆锚杆的拉拔试验发现，注浆锚杆的锚固力均达到了52.8kN，不但起到了注浆加固围岩的作用，而且起到了补强锚杆的作用。锚注一体化支护，每m巷道比双层锚、网、喷支护少用18套锚杆，多用9根注浆锚杆，多用了12袋水泥。按每套锚杆29.2元计算，每m巷道节省锚杆费用525.6元，注浆锚杆每根35.4元，每m投入318.6元，每袋水泥10元，每m巷道多投入120元，采用锚注一体化支护每m巷道支护比双层锚、网、喷支护减少材料费用87元。6结论采用锚注一体化支护，与锚、网、喷+灌注巷道支护形式比较，减少了工人的劳动强度，同时单进提高了一倍，而巷道的支护效果较好。与双层锚、网、喷支护相比，巷道的支护成本有所减少，施工进度加快。锚注一体化支护的成功，为梁家煤矿深部软岩巷道的支护，提供了宝贵的经验。第一作者简介隋振诚男，1972年出生，毕业于山东科技大学采矿系。现在龙口矿业集团公司梁家煤矿长期从事掘进技术管理工作。（收稿日期：2008-11-12；责任编辑：黄翔）