第３５卷第２期 ２０１７年４月 龙岩学院学报 Ｖ０ｌＩ３５ Ｎｏ．２ ＡＤ ｌ ２０１７ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＬＯＮＧＹＡＮ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ 锚注技术在福建煤矿深部巷道复杂破碎围岩的应用 许华南，王世潭，张（龙岩学院福建龙岩克 ３６４０００） 摘要：结合龙岩市北山煤矿的地质条件，对煤矿深部复杂破碎围岩采用注浆锚固技术，优化了 支护参数方案，并对巷道的顶板位移及离层量进行了现场监测，结果表明，锚注支护技术可以有效 地对巷道复杂破碎围岩进行固化，有效地控制了巷道的变形，为实现矿井安全生产奠定了基础。 关键词：锚注支护；破碎围岩；深部巷道；顶板变形；顶板离层 中图分类号：ＴＤ３５３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７３－４６２９（２０１７）０２－０１０５－０４ 矿井深部巷道复杂破碎围岩支护一直是煤矿巷道支护的难题，至今仍是国内外矿山工程研究的重点 和难点之一。深部开采时，巷道的支护将面临地压大、围岩破碎、松散等不利因素，巷道变形、失稳、破坏的 现象更为普遍。目前，国内外对深部巷道破碎围岩的支护方式有锚喷联合支护、可缩性金属支架、锚喷支 护加砌碹等。但从我省部分煤矿的支护实践来看，这几种方式很难有效解决巷道的稳定问题，主要原因是 各种金属支架支护方式虽承载能力较大，但仍属被动支护，其承载能力与深部矿井巷道围压相比仍显不 足，且受到风化、地下水的作用，严重削弱了岩体强度，而采用的锚喷支护因围岩岩体较弱、整体性差，且破 碎围岩中锚杆锚固力不足，不能有效控制围岩松动范围的扩大，难以形成可靠有效的支护结构。所以选取 合理有效的支护方式，解决矿井深部巷道支护难题，确保生产安全已成为煤矿科技工作者亟待解决的 课题。 采用以锚注为核心的支护体系＿１ ］，从施工到动压作用结束基本不需修复，保证了矿井正常施工，提 高了安全性，该技术若能全面推广到福建省延伸矿井应用，将有良好的应用前景。福建省煤矿井型较 小，地质构造极其复杂，围岩裂隙、断层、褶曲发育，目前鲜有此类课题的研究，本文结合龙岩市北山煤矿的 工程实际，研究注浆锚固技术在煤矿深部复杂破碎围岩中的应用，并将研究成果逐渐推广到我省其他矿 井，为我省煤炭行业可持续发展，为海西经济建设服务将起到一定的促进作用。 １锚注支护机理 锚注支护是一种注浆锚杆联合的支护方式，可用于支护，也可作为注浆管使用。对于复杂破碎围 岩，传统的锚杆支护很难使破裂的岩块完全受压，进而形成平衡拱。而采用注浆锚杆支护技术，则可以对 巷道围岩进行外锚内注加固，浆液全面充填到空隙中，从而改善围岩的支护效果。其支护原理具体包括以 下几点 一 ： （１）通过注浆锚杆进行注浆，能够有效地充斥巷道破碎围岩中的裂隙，使破碎围岩与空气、水等充分 隔绝，避免围岩空气的影响而风化、变形，防止围岩的强度因地下水等的影响而降低，则巷道围岩能够保持 较好的力学性质，为锚杆提供可靠的着力基础，使锚杆的长期锚固能力得到了保障。 （２）对于复杂破碎围岩这种节理裂隙发育的岩体，采用锚注支护技术的注浆加固，可使复杂破碎围岩 的岩块胶结为一个整体，改善了围岩松散的破碎结构，提高了裂隙岩块间的凝聚力、内磨擦力以及相对位 收稿日期：２０１６—０９—２０ 安全。 １０５ Ｄｏｉ：１０．１６８１３／ｊ．ｃｎｋｉ．ｃｎ３５—１２８６／ｇ４．２０１７．０２．０２１ 作者简介：许华南，男，福建安溪人，龙岩学院资源工程学院讲师，博士研究生，主要研究方向：弹性波动理论及应用、采矿 锚注技术在福建煤矿深部巷道复杂破碎围岩的应用 移阻力，封闭裂隙，显著提高岩体的强度和巷道围岩的整体稳定性。 整 （３）通过全长锚固注浆可以有效地充填巷道围岩的裂隙，使浆液与锚杆及岩块充分地接触．形成“网 络”效应，从而提高了锚杆的锚固力并保证锚杆受力的连续性与可靠性，使支护结构更具稳定性。同时结合 锚喷网支护，可形成牢靠的多层组合拱结构，即：喷网组合拱、锚杆压缩区组合拱、浆液扩散加固拱以及喷 层与压缩区间的浆液加固拱。该结构不仅可以提高支护结构的整体性，还能加强围岩的自承能力．并有效 地扩大支护结构的有效承载范围，即扩大了支护结构的适应性。 （４）注浆后可使拱顶上的压力有效传递到两帮，两帮得到加固后，又将荷载传递至底板。组合拱厚度 的加大，又可减小施加在底板上的荷载集中度以及底板岩石中的应力，从而使底板的塑性变形减弱并减轻 底鼓。底板的稳定可促使两帮的稳定，而两帮及底板的稳定又有助于拱顶稳定的保持，进而使整个支护结 构得到长期稳定而不被破坏。 ２工程概况 北山井田是一个向北倾的单斜构造３４０。 ３０。，主要有＋６６３ ｍ主斜井、＋６６５ ｍ副斜井、＋４９６ ｍ排矸 斜井、＋４３５ ｍ回风平硐、＋４０２ ｍ排水平硐等五个有直通地面出口的井筒，目前已开采二十余年，并将陆续 向深部延伸。该矿区构造属中等到复杂（三类构造），简单矿井水文地质类型，次级褶曲不发育，局部地段 因断层影响形成褶曲，幅度达数十米至近百米。区内断裂构造以正断层和平推断层为主，逆断层较少。勘 探区内落差超过百米的断层有ｌ６条，其中Ｆ２、ＦＯ、Ｆ３０３条断层的落差均在７００ ｍ以上，现已查明落差大于 ３０ ｍ的断层３６条。在深井处，地质构造更为复杂，围岩裂隙、断层、褶曲发育，若进行深部开采，巷道的支 护就将面临地压大、围岩破碎、松散等不利因素，巷道变形、失稳、破坏的现象将更为普遍。 ３注浆工艺 ３．１支护参数 结合北山井田的巷道围岩实际，采用锚注支护技术对巷道进行治理，所用材料主要包括：普通锚杆、内 注浆锚杆、钢丝绳、树脂锚固剂、水泥、喷射混凝土等。具体支护参数如下： （１）顶、帮部均采用规格为中２０ ｍｍ￣２ ０００ ｍｍ的右旋无纵筋等强螺纹钢树脂锚杆，间排距为７００ ａｍ￣７００ ｍｍ，ｒ每孔均使用２卷树脂锚固剂。二次锚注时，采用规格为中２０ ｒａｍ￣２ ４００ ｍｍ，间排距一样，底 角锚杆与底板的夹角≥４５。。 （２）顶拱部锚杆采用高强锚杆螺母Ｍ２７￣３进行安装，配合高强托板、调心球垫和尼龙垫圈，托盘采用 １５０ ｍｍ￣１５０ ｍｍ￣１２ ｍｍ拱形高强托盘。加装３００ ｍｍＸ３００ ｍｍ￣１６ ｍｍ钢板，承载能力不低于４０ ｋＮ。 （３）对于顶板．注浆管规格为中２２ ｍｍ￣１ ８００ ｍｍ，采用 ２２ ｍｍ黑铁管制作，钻有 ６ ｍｍ注浆孔，采 用快硬水泥药卷封孔；底角注浆管仍采用相同规格，并下扎角度３０。～４５。，促使浆液能够充分扩散至底板岩 层之中。 （４）钢丝绳的纵向长度Ｉ＞９ ｍ，横向则以巷道长度为基准，规格为矿用６分废旧钢丝绳之中的两股，间 距为７００ ｍｍ￣７００ ｍｍ。 （５）全断面挂金属网，网片采用 ６ ｍｍ钢筋网，网格 １５０ ｍｍ￣１５０ ｍＩｎ，规格 ｌ ５００ ｍｍ￣ｌ ２００ ｍｍ。 ３．２注浆参数 （１）喷浆采用混凝土，配合比１：２：２，喷层厚度１５０ ｍｍ，初喷层厚８０ ｍｍ，复喷层厚７０ ｎｌｍ，强度等级 不低于Ｃ２０。 （２）注浆水泥采用Ｐ．０５２．５的快硬硫铝酸盐水泥。水灰质量比为０．７：０．９：１．０；基于计算结果，注浆 压力为１．０～２．０ ＭＰａ，底角注浆压力最大可达３．０ Ｍｐａ。每孔注浆时间为５ ｍｉｎ时，浆液扩散范围理论上为 ０．９～１．５ ｍ，注浆锚杆布置间距约为１．１—１．８ ｉｎ，采用全断面布置，间排距为ｌ ６００ ｍｍ×８００ ｍｍ。采用外锚 内注后可使松散岩体内充填围岩裂隙，并迅速粘结，形成注浆硬壳，充分发挥围岩自身的承载能力。 ３．３锚注工艺 （１）标定孔位置及钻孔：钻孔深度为１ ７００ ｍｍ，直径为３６ ｍｍ。 １０６ 鱼 夔 查 建 墅董遵塞銎 壁鱼 旦遂蕊隧黝 （２）安装注浆锚杆：先清孔，确保无岩屑无积水。 （３）封堵注浆钻孔ＶＩ止浆：采用外围缠绕黄麻的软木止浆塞进行封孔，再生橡胶塞或快硬水泥药卷等 止浆。 （４）注浆：连接好内注锚杆和注浆管，开始多孔注浆作业，注浆终止压力为３．０ ＭＰａ。 （５）清洗注浆设备。 （６）拆除注浆设备和注浆管。 ４支护结果监测 为了观测锚注技术对北山井田巷道的支护效果及注浆加固的质量，保证支护的有效性，施工时在巷道 多处布置了位移测站和顶板离层仪等多种测试仪器，对巷道顶板的位移以及顶板的离层量进行了为时３ 个月（９０ ｄ）的监测。 （１）巷道顶板位移的分析。图１所示为锚 注与非锚注巷道顶板的位移监测的比较结果 图。通过观测可看出，与非锚注巷道相比，锚 ∞∞∞ 注巷道的收敛变形明显要小很多，在第９０天相 量ｌⅡ＼ 期鞠 ｇ旨＼蛹蚤ｆ链柏 ∞ ∞∞∞∞加佃Ｏ 加 １差最大．约为５３ ｍｍ。此外．非锚注巷道的位移 变形比较大，锚注后的巷道位移变形，在初期 ５０ ｄ内收敛较为明显．而７０ ｄ之后便趋于稳 定。由此可看出，巷道采用锚注加固后，与锚 杆支护形成一个多层有效组合拱，提高支护结 构的整体性，充分发挥围岩自身的承载能 力，有效地控制了深部巷道的变形破坏，并保 证其长期的稳定性。 Ｏ １０ ２０ ３０ ４０ ５０ ６０ ７０ ８０ ９０ １０Ｏ ｔｔ ｄ （２）顶板离层量的探讨。分别选取巷道深 部１．０ １７１和３．０ ｍ处的位置对顶板离层量的变 图１巷道顶板位移的观测图 化情况进行观测，其变化曲线图如图２所示。 由图可观察出．顶板离层的最大值约为３２ ｍｍ，该两个位置的最大的离层为６ ｍｍ。此 外，３０ ｄ之后，两处的顶板离层变化趋于稳 定，说明锚注支护技术能够有效地粘结复杂破 碎的围岩，并提高围岩的强度．从而巷道的维 护得到了显著的改善。 ５结论 本文针对龙岩市北山煤矿的工程情况，通 过施工试验探讨了注浆锚固技术在煤矿深部 复杂破碎围岩中应用的可行性．最后通过支护 结果监测，分析了巷道顶板位移和顶板离层量 的变化规律，得出以下结论： ０ １０ ２０ ３０ ４０ ５０ ６０ ７０ ８０ ９０ １Ｏ０ ｔ｜ｄ 图２巷道深部不同位置的顶板离层变化情况 （１）通过对支护结果监测数据的分析可 证明，锚注支护技术可以有效地对深部复杂破碎的围岩进行固化，改善破裂岩体的力学特性，提高围岩的 强度和刚度，充分发挥围岩自身的承载能力，使巷道顶板位移及顶板离层量的变化趋于稳定，从而能够控 制巷道的变形，有效地保证了巷道保持长期的稳定性，体现出了锚注技术良好的支护效果。 （２）通过对锚注技术支护效果监测的试验，合理的施工技术参数以及锚注加固工艺得到了确立，深部 １０７ 锚注技术在福建煤矿深部巷道复杂破碎围岩的应用 巷道的治理技术也进行了完善。 （３）与传统的锚杆支护对比，锚注支护技术不但施工方便、安全，且极大地降低了巷道维修成本，并取 得了显著的经济效益，具有广阔的应用前景。以本文的研究工作为基础，可将该方法推广应用到有相似地 质条件的福建省其他矿井，可为福建省煤炭行业的可持续发展、海西经济建设服务起到一定的促进作用。 参考文献： ［１］刘全林，杨敏．软弱围岩巷道锚注支护机理及其变形分析［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２００２，２１（８）：１１５８—１１６ｌ ［２］王杰，杜嘉鸿，陈守庸．注浆技术的发展与展望［Ｊ］．沈阳建筑工程学院学报，１９９７，１３（１）：５９—６４． ［３］李国富．泥质类膨胀软岩巷道注浆强化防水控制研究［Ｊ］．太原理工大学学报，２００９，４０（２）：１４８—１５１． ［４］王永瑞，和树栋．锚注支护技术在林南仓矿的研究与应用［Ｊ］．煤炭工程，２０１３，４５（１０）：３２—３４，３７． ［５］梁朋飞．浅谈煤仓施工工艺［Ｊ］．中国高新技术企业，２０１１，９（２４）：３１—３２． ［６］程岗，李伟．复杂条件下煤仓施工技术［Ｊ］．煤炭技术，２０１０，２９（１２）：１１０—１１１． ［７］张金常．反井技术在宁庄矿主井井底煤仓施工中的应用［Ｊ］．煤炭工程，２００９，１（１０）：３３—３４． ［责任编辑：陈虹微］ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ＡｎｃｈｏｒＩｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ Ｆｕｊｉａｎ Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｃｒｕｓｈｅｄ Ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ Ｒｏｃｋ ｏｆ Ｄｅｅｐ ＸＵ Ｈｕａｎａｎ，ＷＡＮＧ Ｓｈｉｔａｎ，ＺＨＡＮＧ Ｋｅ （Ｌｏｎｇｙａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｌｏｎｇｙａｎ，Ｆｕｊｉａｎ ３６４０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｐｒａｃｔｉｃｅ ｏｆ Ｂｅｉｓｈａｎ Ｍｉｎｅ ｉｎ Ｌｏｎｇｙａｎ ｃｉｔｙ，ａｎｃｈｏｒ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ａｓ ａ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｆｏｒ ｃｏｍｐｌｅｘ ｃｒｕｓｈｅｄ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ ｉｎ ｄｅｅｐ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ，ａｎｄ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｂｅｉｓｈａｎ ｍｉｎｅ ｒｏａｄｗａｙ ｒｏｏｆ ａｎｄ ｒｏｏｆ ａｂｓｃｉｓｓｉｏｎ ｌａｙｅｒ ｑｕａｎｔｉｔｙ ｗｅｒｅ ｍｏｎｉｔｏｒｅｄ ｆｏｒ ｏｂｓｅｒｖｉｎｇ ｔｈｅ ｓｕｐｐｏｓｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｑｕａｌｉ￣ｏｆ ｇｒｏｕｔｉｎｇ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ．Ｔｈｅ ｓｕｐｐｏ￣ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ａｎｃｈｏｒ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｃａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｓｏｌｉｄｉｆｙ ｃｏｍｐｌｅｘ ｃｕｓｒｈｅｄ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｏａｄｗａｙ，ｗｈｉｃｈ ｒｅｆｌｅｃｔｓ ｇｏｏｄ ｓｕｐｐｏｓｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｎｃｈｏｒ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｃｏｍｐｌｅｘ ｃｒｕｓｈｅｄ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ；ｄｅｅｐ ｍｉｎｅ ｒｏａｄｗａｙ；ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｔｕｎｎｅｌ ｒｏｏｆ；ｒｏｏｆ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ １０８
