B060107 东滩煤矿回采巷道特殊地段的注浆锚索加固.doc

东滩煤矿回采巷道特殊地段的
注浆锚索加固
郭景秋 骆 伟
【兖矿集团公司东滩煤矿，山东 邹城市 273512】
摘 要 介绍在回采巷道特殊地段采用高强度注浆锚索加固,指出大采深巷道和沿空巷道等的特殊地段采用注浆加固是完全可行的。
关键词 工作面顺槽 特殊地段 注浆锚索 加固
东滩煤矿由于采深大而且受冲击地压影响，巷道矿压显现剧烈，尤其是它们的一些特殊地段围岩变形和破坏更大，给巷道支护带来了困难。4307工作面为孤岛开采工作面，运输巷道特别是47运新增提的前后100m范围内出现顶板开裂下沉，两帮臌出，造成沿空侧煤壁松软、局部发生底臌，变形严重。为了加强巷道围岩的支承能力和支护强度，对部分地段进行加固。根据现场实际情况，决定在帮部棚档内安设注浆锚索。
1 巷道条件
4307工作面为孤岛采煤工作面，轨道运输顺槽西邻4308综放工作面采空区，东邻4306综放工作面采空区，受冲击地压影响较大。4307运输顺槽自47运新增提开始向N10°15'W方向沿3上煤底板掘进，采用沿空送巷。3上煤厚4.9～5.8m，厚层状结构，为半暗型煤，裂隙发育且易冒落，局部分叉出3上A煤，坚固性系数f值仅为1左右。3上煤直接顶以粉砂质泥岩为主，易冒落，局部为粉砂岩，厚1.5～3.7m；老顶为灰白色中细砂岩，致密坚硬，厚2.8～6.4m，局部较薄；底板为浅灰色粉砂岩，性脆，含植物化石碎片，厚2.7～3.5m。顶、底板岩石的抗压强度分别为31MPa、30.7MPa，3上煤的抗压强度为12MPa、抗拉强度为0.27MPa，为典型的破碎结构体。
4307运输顺槽的注浆锚索加固地段为47运新增提上车、通道及47运新增提向北至溜煤眼处，全长105m。运输顺槽净宽4400㎜、净高3000㎜，原支护方式为锚、网、带支护。锚杆全采用左旋无纵筋螺纹钢锚杆。顶部锚杆直径22㎜、长2500㎜，间排距800×800（㎜）；帮部锚杆直径20㎜、长2200㎜。

图1 4307运输顺槽施工地段平面示意图
2 注浆锚索支护
注浆锚索支护在大断面硐室、交岔点、断层破碎带、巷道应力集中区以及受动压影响严重的巷道均有应用。它将锚固范围内的岩层加固并施加一定预应力，并利用水泥浆液把弱面与四周岩体重新胶结起来，提高围岩的整体稳定性。
2.1 锚 索
锚索采用双股笼形锚索，为高强度、低松弛、韧性好的预应力钢绞线，单股钢绞线公称直径15.24㎜、强度为1860MPa，破断载荷不低于250kN。锚索长7800㎜，锚深7500㎜，外露不超过300㎜。锚索间排距为1000×2400（㎜），最上部一排锚索距顶板800㎜。它采用注水泥浆全长锚固。锚索托盘采用12#槽钢制作，长度为1600㎜。
2.2 注浆材料与注浆管
注浆用的水泥浆采用普通425#硅酸盐水泥，水玻璃用量为水泥重量的3%。水泥浆中水：水泥为1：2。封孔材料采用细面纱和快硬水泥。
注浆管采用普通焊接钢管制作，内径15㎜、壁厚3.5㎜。注浆管一端有M22的粗牙螺纹，螺纹段长100㎜。排气管采用内径4㎜、外径6㎜的塑料管。注浆管快速接头采用外径15㎜钢管接头，另一端为19高压阀快速接头。
2.3 注浆设备
采用MODEL150型风动锚索注浆设备，主要技术参数如下：
气源压力：0.5～0.63MPa；
输出压力: 12MPa；
耗气量：50m3/h；
气缸直径：15㎜；
出浆量：601pm；
重 量：17.1kg。
水泥浆搅拌机采用DTMK-1型风动搅拌设备。
3 施工工艺
注浆锚索施工工艺主要包括：钻孔——安装锚索（事先固定好注浆管、排气管）——封孔——注浆——上托盘、紧固锚索。注浆锚索工艺系统见图2。

图2 注浆锚索工艺系统
3.1 钻锚索孔
锚索孔直径65㎜、深7500㎜。每帮布置2排锚索，间距1000㎜，顶板以下800㎜处钻第一个锚索孔，顶板以下1800㎜处钻第二个锚索孔，排距2400㎜。钻每个孔需90分钟，其中包括移钻机时间。上部孔仰角在10～14°，下部孔仰角在8～9°。
3.2 安装锚索
固定注浆管时将Ф20㎜的注浆管用自粘带固定在锚索的外端。注浆管深入锚索孔0.5～1.0m，外端露出锚索孔300㎜。
然后再固定排气管先将锚索拉直，把Ф6㎜的排气管绑在距锚索顶端30～50㎜处，用胶带将排气管与锚索粘在一起，每隔1.5m固定一道，并保持排气管畅通。排气管尾部超出锚索外端2～3m。
将带有排气管和注浆管的锚索送入钻孔内，安装时注意排气管、注浆管不能脱落。
最后封孔。先用棉纱将锚索四周封堵严密，再用快硬水泥将钻孔封堵严密，确保不漏浆。
3.3 注 浆
3.3.1 配制水泥浆
按水灰比将清水和水泥（筛去杂质）加入到拌料桶内，搅拌均匀，搅拌时间不少于5分钟。再按比例加入水玻璃。
3.3.2 注 浆
先开动注浆泵以检查与注浆泵连接的注浆管是否通畅。关闭注浆泵，用连接头连接好注浆管，并将排气管放入盛满水的桶内。
再次开动注浆泵进行注浆，边搅拌边注浆。观察排气管，发现气泡冒出最多时放慢注浆速度，待排气管不再冒气泡时表明锚索孔已注满，关闭注浆泵。将注浆管处的高压阀关闭，防止高压浆液流出，卸下连接头。
注浆时每个孔都应一次性注满，其过程中停滞时间不得超过1分钟，否则会堵管。注浆时若出现跑漏浆液的现象，在不停机的情况下，应及时用棉纱、快硬水泥封堵。
3.3.3 清洗设备
注浆作业完毕后，用清水将搅拌桶内外清洗干净。往桶内加入清水，同时加入少量润滑油，开动注浆泵，将注浆泵内残留的浆液打出去。
3.4 紧固锚索
注浆过24小时后，上托盘紧固锚索。上下两根锚索共用一根槽钢，槽钢外加弧形钢板托盘、压力碗。紧贴帮部后装上锚具，将张拉千斤顶套在锚索上，挂好安全链，开动电泵张紧。
4 注浆锚索加固效果分析
在实际注浆施工中共安设了124根锚索。其中有1根锚索拉拔力不合格，其余123根锚索预紧力不小于100kN，最大达到400kN。当工作面推过47运新增提斜时，运输顺槽及新增上车场、通道等巷道的两帮虽有变形但没有臌出，从而减少了巷道两帮维护工程量。这说明采用注浆锚索加固提高了帮部的支护强度，取得了非常好的加固效果。
采用注浆锚索加固、维修巷道有其优越性，无论在支护的强度、刚度和安全可靠性上还是在占据巷道空间上都是架棚支护所不能相比的。它不受巷道断面的限制，施工方便。与传统架棚支护相比，注浆锚索施工方法简单、快速，辅助运输量减少，工人的劳动强度减轻。锚索施工设备轻便，易于掌握，具有广阔的推广前景。
每米巷道用注浆锚索加固的材料包括高强度锚索、注浆管、排气管、水泥、水玻璃等费用共计850.50元，而用架棚支护的材料包括12#矿工钢梯形支架（复用2次）和坑木等费用共计1382.70元。二者相比较，采用前者每米巷道可节约支护材料费用532.20元。
5 结论与建议
采用注浆锚索加固首次在东滩矿应用并获得成功，表明大采深巷道和沿空巷道的特殊地段采用注浆加固是完全可行的。这是一种适用大跨度硐室、断层破碎带、大断面交岔点、巷道应力集中区以及受动压影响严重的巷道的有效加固方式，为兖州矿区巷道特殊地段的加固、维修提供了一条新的有效途径。
建议在按规定的水灰比配置浆液时可加入一定量的砂子（粒径小于2㎜的中细纱），以便增大水泥浆的强度，提高注浆效果。
注浆锚索加固属于隐蔽性较强的工程，应制定一套严格的施工管理措施，并具备可靠的工程质量监测手段。

第一作者介绍 郭景秋 男，1968年出生，1990年毕业于山东省泰安煤炭工业学校。现在东滩煤矿技术科从事技术管理工作，工程师。邮政编码：273512

（收稿日期：2005-11-17；责任编辑：陈桂娥）