李嘴孜煤矿属急倾斜开采,设计年产100万t,现年产130万t。含煤共13层,分为a、b、c3组。煤系地层为粉砂岩、砂泥岩互层、页岩、泥岩、高岭土等,岩性以中硬及中硬以下为主,岩性硬度系数f2―6。岩石倾角在70―85°之间,部分地层倒转,原岩主应力方向垂直于岩层面。-250m东运道、-400m东运道,-530m东、西运道均布置在a3槽顶板与b4b底板之间,受原岩主应力及其它构造应力影响,底鼓均很严重。有些机电硐室也存在底鼓现象,其严重程度与埋深成正比关系,下面笔者以-530m某硐室为例,对锚注技术进行探讨,以供同行探讨。
一、地质状况
-530m某硐室原设计为5.3m×4.9m×5.0m,岩层直接顶为砂质泥岩,厚2m,再往上砂岩厚1.5m,再往上为砂质泥岩,厚4m,老顶为厚40m砂岩。硐室顶距采空区底板49.5m,巷道揭露岩层为砂岩、砂质泥岩,底板为砂质泥岩,厚8m。由于-530m该硐室断面大,受上部和周边采动影响,出现了顶板掉渣,巷道两帮挤压裂缝,底板鼓起,影响到正常工作。从2008年2月开始对该硐室采用锚注法加固。
二、支护原理
该硐室底板鼓起,除地应力作用外,还有一个重要原因就是底板处在砂质泥岩岩层中。软岩层裂隙较发育,遇水膨胀而底鼓。分析后认为,软岩层的形成是客观因素,如果能用致密物质将发育的裂隙充填,减少透水性,使其泥岩不再膨胀,就可阻止底鼓发生,同时,注浆法利用外部压力,使水泥浆液沿岩层裂隙浸入深部裂隙,隔绝底板软岩层的透气性和吸水性,提高软岩岩层的粘合力,再利用锚杆的组合作用原理,在底拱周边打锚杆,来增强岩层整体性能,增加底板岩层抵抗地应力的能力,达到防治硐室底鼓的目的。
巷道顶帮受挤压,浆皮开裂、掉渣、断面变小,大多是受采动影响,地应力作用使巷道拱部受到很大压力。由于硐室跨度大,受顶部较大压力后,岩层支撑力减弱,就会垮落冒顶,两帮收缩,两帮侧压也随之增大,巷道就会出现底鼓。就是说,巷道侧压一般是由顶压和底鼓引起。所以,控制住顶压和底压,侧压也就容易控制了。根据原理分析,该硐室采用顶部锚网喷 锚梁支护,硐室两帮只采用锚网喷 锚梁支护,底部采用控底、浇注底砼、打(安)锚杆联合支护。
三、支护参数的选择和施工工艺
目前,我国使用的螺纹钢有3种:双向两筋螺纹钢、无纵筋右旋螺纹钢和无纵筋左旋螺纹钢。这3类螺纹钢与锚固剂均能较好结合,但在注入锚杆时,前者杆体纵筋旋转半径大于螺纹钢杆体旋转半径,右旋螺纹钢杆体旋转易将树脂胶体带向锚杆孔前部,造成杆体与树脂不能密切配合,使握裹力降低,而且前两者都不利于锚固剂充填密实使搅拌效果差,粘结力下降,从而降低了锚固强度。而左旋螺纹钢与锚杆注入时旋转方向相反,搅拌树脂药卷时,螺纹对药卷产生强有力的压力而将药卷推向深部。在此压力下,呈液状的锚固剂可以充填孔中裂隙及排出孔中污水,从而增加锚固剂与锚杆杆体之间的握裹力以及锚固剂与岩体之间的粘结力,可有效提高锚杆的拉拔力,为锚固力的提高创造了条件。所以,在该硐室锚注加固时,选用d22mm、l=2.5m左旋无纵筋螺纹钢锚杆,其间排距为0.7m×0.7m,每孔使用k2850一卷、m2850一卷锚固剂进行锚固,锚固力达到64kn以上,从而在硐室四周2.5m范围内围岩形成一个厚度为1.6m的连续压缩带。这样,既保证压缩带的稳定,还能阻止上部围岩的松动和变形。
硐室底鼓控底1.5m深,并在底拱周边打注浆锚杆进行注浆,注浆锚杆体选用外径d22mm,用焊接管制作而成,长度2500mm,在锚杆上钻交叉布置注浆孔,注浆孔直径为d6mm,锚杆端部切有m22细牙螺纹,螺纹长30mm,注浆孔间排距为0.7m×1.4m,浆液为水泥―水玻璃单液浆,水灰比为0.75:1,525矿渣硅酸盐水泥。水玻璃浓度45be’,用量为水泥重量的3%―5%,主要作为速凝剂,提高浆液的初凝时间和浆液初期强度,止浆塞采用快硬水泥药卷和水泥玻璃注浆,选用kby―50/70注浆泵,公称流量达到50l/min,公称压力达到0.5―0.7mpa,注浆管管路采用d25mm高压胶管及25mm多层胶管,在施工中严格按照技术要求进行施工,人员严把质量关,保证了施工质量。
结束语:该硐室采用“锚注技术”加固,根据近两年的观测,没有发现两帮收缩、顶板压裂和底板鼓起现象,提高了支护质量,而且可减轻施工中工人劳动强度,降低巷道修复成本,经济效益显著,达到了预期效果。