松软围岩岩巷锚注加固技术研究.pdf

总第2 1 3期2023年第8 期工程技术摘要：32 5 0 3底抽巷巷帮及底板均为软岩、裂隙发育且岩体遇水膨胀软化，导致巷道围岩变形量大，原采用的U型钢+锚网索支护难以满足巷道围岩控制需要。在对32 5 0 3底抽巷围岩岩性以及巷道围岩变形特征分析基础上，提出采用锚注支护技术控制围岩，具体采用注浆锚索、注浆锚杆提高巷帮、底板岩体整体承载能力及稳定性，降低围岩变形量，并对锚注支护具体方案进行设计。现场应用后，32 5 0 3底抽巷锚注支护段围岩变形量整体较小，巷道断面可满足后续使用需要。关键词：软岩；巷道支护；锚注加固；注浆锚杆(索）中图分类号：TD353+.60引言随着煤炭开采强度以及深度不断增加,井下煤炭生产受地质构造、软岩、地应力以及采动压力等影响更趋明显,导致巷道围岩控制难度较高 1-3。锚注技术可提高围岩承载能力及整体稳定性，在软岩、断层破山西化工Shanxi Chemical Industry松软围岩岩巷锚注加固技术研究秦艳峰（汾西矿业柳湾煤矿，山西孝义0 32 30 0)文献标识码：ATotal 213No.8,2023D0I:10.16525/14-1109/tq.2023.08.059文章编号：1 0 0 4-7 0 5 0(2 0 2 3)0 8-0 1 5 3-0 2700700600600/700碎、高应力、高强支护以及沿空掘巷中应用较为普遍，同时众多的学者及工程技术人员对锚注技术展开研究 4。受煤层赋存条件恶劣影响，煤矿井下软岩巷道占比较高,锚注技术有较好的应用前景 5-9 。山西某矿开采煤层为三软煤层，煤层原始瓦斯含量高，为确保煤炭安全高效回采需布置底抽巷预抽煤层瓦斯，巷道为松软破碎围岩，巷道掘进期间面临变形量大、支护困难问题,为此，文中提出采用锚注加固技术支护巷道围岩，为后续使用创造良好条件。1工程概况山西某矿32 5 0 3综采工作面为32 采区第二个回采工作面，采用回采的5#煤层埋深均值5 6 0 m，厚度均值3.7 m、倾角2 6，煤质为发热量高的优质无烟煤，瓦斯含量在1 0.5 1 3.9 m/t，区域瓦斯治理采用底抽巷方式。32 5 0 3综采工作面设计斜长1 2 0 m、推进长度8 9 0 m，在5#煤层底板下方1 5 2 0 m灰岩内布置有32 5 0 3底抽巷，巷道设计掘进工程量为8 8 0 m，采用综掘机掘进，断面为直墙半圆拱型，巷道采用U型钢+锚网索支护方式，具体支护断面，如图1 所示。32 5 0 3底抽巷掘进区域内地质条件较为复杂，围岩存在不同程度淋水情况。32503底抽巷整个断面布置1 3根规格20mm2400mm螺纹钢锚杆，锚杆排距均为1 0 0 0 mm，间距分别为9 0 0、7 0 0、6 0 0 mm；在拱顶布置3根规格17.8mm6200mm锚索,锚索位于2 排锚杆间,间排距均为2 0 0 0 mm；在拱顶及帮部均采用钢架棚支护,架棚棚距均为2 0 0 0 mm。收稿日期：2 0 2 2-1 0-1 4作者简介：秦艳峰，男，1 9 8 6 年出生，毕业于黑龙江科技学院，本科，工程师，从事煤矿采煤相关技术研究工作。0060066水管006风管水槽4.7005100图1 巷道支护断面图（单位：mm）2巷道围岩变形破坏分析对巷道巷帮炭质泥岩以及底板泥岩进行X射线衍射分析，发现炭质泥岩、泥岩中黏土质量分数高达78.9%，黏土矿物中伊利石及高岭石质量分数分别可达到4%、4 5%，石英质量分数为1 4%，其余的斜长石、菱铁矿、钾长石以及斜长石等占比较小。在32 5 0 3底抽巷掘进迎头顶部、巷帮以及底板位置取样。将顶部、巷帮及底部岩样置于水中，具体岩样变化情况，如图2 所示。从图2-1 中看出，巷帮炭质泥岩、底板泥岩位置岩样放人到水中后出较为明显的泥化现象,其中底板泥岩泥化较为严重；结合图2-2、2-3看出，巷道围岩岩样放入水中1 0 2 0 min后，巷帮位置炭质泥岩出现崩解并沿着内部裂隙破碎成小块，底板泥岩泥化程度进一步增加、强度及承载能力明显降低；从图2-4 看出，放入水中4 0 min后帮部位置炭质泥岩泥化程度较高，而底板泥岩则彻底泥化；整个过程中顶板灰岩则无明显变化。32 5 0 3底抽巷围岩松软、遇水膨胀、崩解且强度明显降低，导致底抽巷在原有U型钢+锚网索支护方式时巷道围岩变形量较大。900风筒900山西化工第4 3卷辅助出浆口止浆塞刚性注浆管柔性注浆管顶板灰岩巷帮炭质泥岩巷帮炭质泥岩顶板灰岩底板泥岩2-11 min巷帮炭质泥岩顶板灰岩底板泥岩2-320 min图2 不同浸泡时间下岩样变化示意图3巷道围岩锚注支护技术应用3.1锚注支护技术方案依据32 5 0 3底抽巷围岩岩性特征，提出采用锚网喷+锚注+锚索耦合支护方式控制32 5 0 3底抽巷软岩变形，具体巷道支护断面，如图3所示。通过采用以锚注为核心的耦合支护方式可适应巷道软岩变形控制需要，最大程度发挥围岩自稳及承载能力。图3锚注支护断面图（单位：mm）32503底抽巷拱顶用锚杆（索）+钢筋网支护方式，巷帮用锚杆+注浆锚索+钢筋网支护方式，底板采用注浆锚杆支护。具体支护参数为：1)拱顶锚杆采用规格20mm2400mm螺纹钢锚杆、间距及排距分别为6 0 0 mm、8 0 0 m m;拱顶锚索为规格17.8mm6000mm钢绞线，间距及排距分别为1 2 0 0 mm、8 0 0 m m，锚索在拱顶对称布置。2）巷帮锚杆为规格20mm2400mm螺纹钢锚杆、间距及排距分别为6 0 0 mm、8 0 0 m m，在两帮分别布置3根规格22mm6000mm中空注浆锚索，布置间排距分别为1 2 0 0 mm1600mm,具体采用的中空注浆锚索结构,如图4 所示,技术规格如表1 所示。3)巷道底板布置4 根规格2 5 mm2400mm中空注浆锚杆，锚杆沿着巷道中线对称布置，最外侧锚金属胀环ABB底板泥岩A-A2-210 min顶板灰岩巷帮炭质泥岩底板泥岩2-440 min00S3主出浆口楔头芯杆B-Bc-c图4 注浆锚索结构图表1注浆锚索技术规格杆体直径最大拉力抗拔力托盘承载锚固段长锚索规格长度/mm/mmSKZ22-1/6 0001770杆距巷帮30 0 mm、外插30，中部的锚杆距离巷帮1300mm、垂直底板布置，具体采用的中空注浆锚杆结构见图5 所示、技术规格见表2 所示。螺母止浆塞图5注浆锚杆结构图表2注浆锚杆技术规格型号杆体长度直径/mm最大拉力锚固力延伸率/%/mm/kNMZGK160-35/252.4004)巷道锚杆及锚索钻孔均用MQ7-130/2.9C钻机施工，通过采用不同规格钻头可实现1 8 4 2 mm规格钻孔施工，配套的钻杆规格为19mm1000mm。巷道拱顶及巷帮铺设由6mm镀锌铁丝编制的钢筋网护表，规格为1 2 0 0 mm800mm、金属网网孔为100mm100mm。巷道全断面均喷射C20混凝土，初喷、复喷厚度分别为8 0 mm、7 0 mm。3.2王现场应用效果分析为掌握锚注支护后32 5 0 3底抽巷围岩变形量，在底抽巷内布置测站对巷道顶底板、两帮位移量等参数进行持续监测，具体监测结果，如图6 所示。120两帮位移量顶底板移近量顶板下沉量80-底鼓量上4000图6 锚注支护段围岩变形监测结果从锚注段围岩变形监测结果得知，锚注支护段底抽巷顶板下沉量最大为2 2 mm、顶板下沉量较小，两(下转第 1 5 7 页）D-D/kN/kN22400中空锚杆2511060120观测时间/d力/kN度/mm355360/kN1101801 500塑料锚头62023年第8 期Research on the Failure Mechanism and Control Technology of Coal Seam Group along Fault(Safety Management Department of Fenxi Mining Group Industry Group Co.,Ltd.,Jiexiu Shanxi 032000,Abstract:Coal mining is a complex and technically demanding task.During actual mining,different harsh geological conditions are oftenencountered.If control operations are not carried out properly,accidents will occur,not only causing economic losses,but also causingcasualties and enormous harm.A comprehensive exploration is conducted on the failure mechanism and control technology of coal seammining tunnels along faults,which is helpful to relevant staff and the development of the coal mining industry.Key words:coal mining;fault extraction;destruction mechanism;control technology续盛磊：煤层群沿断层回采巷道破坏机理及控制技术研究Extraction RoadwayXu ShengleiChina)157.(上接第 1 5 4 页）帮收敛量最大为8 0 mm，底板底鼓量最大为7 6 mm、底鼓量相对较大。锚注支护后两帮变形量增加速度平均为0.5 33mm/d、底板底鼓量增加速度平均为0.507mm/d，围岩变形量增加速度较小。通过锚注支护段围岩变形监测数据分析得知，锚注支护段围岩变形量整体较小，不会给底抽巷后续使用带来影响。4结论1)32503底抽巷巷帮为炭质泥岩、底板为泥岩，巷帮及底板岩层中含有较高的黏土物质且遇水容易膨胀、软化，32 5 0 3底抽巷原采用的锚网索+架棚支护方式难以实现巷道围岩变形有效控制。根据底抽巷现场情况，提出以锚注支护为核心的锚网索注耦合支护技术,具体在巷帮通过注浆锚索提高炭质泥岩整体强度并封堵潜在的裂隙，降低水、空气等对巷帮岩体风化影响，同时为锚杆提供可靠的锚固端；在底板采用注浆锚杆对底板进行加固；在巷道全断面喷浆进一步隔绝围岩与空气、水等接触。2)依据32 5 0 3底抽巷现场实际情况，对围岩支护方案进行详细设计并进行工程应用。现场应用后，锚Research on Anchor Grouting Reinforcement Technology for Soft Surrounding Rock Roadway(Fenxi Mining Industry Group Liuwan Coal Mine,Xiaoyi Shanxi 032300,China)Abstract:The sides and floor of the 32503 bottom extraction roadway are both soft rock with developed cracks and soft rock mass thatexpands and softens when encountering water,resulting in a large amount of deformation of the surrounding rock of the roadway.Theoriginal U-shaped steel+anchor mesh cable support is difficult to meet the needs of controlling the surrounding rock of the roadway.Basedon the analysis of the lithology and deformation characteristics of the surrounding rock of the 32503 bottom extraction roadway,it isproposed to use anchor injection support technology to control the surrounding rock.Specifically,grouting anchor cables and groutinganchor rods are used to improve the overall bearing capacity and stability of the roadway and floor rock mass,reduce the deformation of thesurrounding rock,and design specific anchor injection support schemes.After on-site application,the deformation of the surrounding rockin the anchoring and grouting support section of the 32503 bottom extraction tunnel is generally small,and the tunnel section can meet thesubsequent use needs.Key words:soft rock;tunnel support;anchor grouting reinforcement;grouting anchor rod(cable)注支护段顶板、底板、巷帮变形量最大分别为2 2、7 6、80mm，围岩变形量整体较小,可满足底抽巷后续使用需要。1康红普，姜鹏飞，杨建威，等.煤矿千米深井巷道松软煤体高压锚注-喷浆协同控制技术 J.煤炭学报，2 0 2 1,4 6(3)：7 4 7-7 6 2.2李延辉.极松软煤层巷道围岩预应力锚注加固技术与应用研究D.青岛：山东科技大学,2 0 2 0.3郭二庄矿改进“锚注一体化 技术 J.中国矿山工程，2 0 1 7,4 6(6)：85.4赵明洲，王昌琪.松软煤巷锚网索注联合支护技术研究与应用 J.煤炭技术,2 0 1 5,34(7):6 6-6 7.5范攀登，王虎，郭飞，等.深部松软巷道锚注支护技术研究 J.江西煤炭科技,2 0 1 5(1):2 9-31.6董瑞.高地应力松软围岩巷道支护研究与实践 J.内蒙古煤炭经济,2 0 1 4(1 0):1 8 2-1 8 4.7赵超.软岩巷道锚注支护参数优化研究 J.煤炭科技，2 0 1 3(4)：4-5.8徐克柱，鹿建设，李忠宝.锚注技术在深部软岩巷道维修中的应用J.中国科技投资，2 0 1 2(2 4)：1 5 0-1 5 1.9郑志伟，石琨.松软厚煤层煤巷支护技术 J.矿业安全与环保，2012,39(3):69-71.Qin Yanfeng参考文献