论文部分内容阅读
摘要：采用中空注浆锚索进行加固破碎围岩，将锚固、注浆一体化，可以改变围岩的松散结构，提高粘结力和内摩擦角，封闭裂隙，阻止水对围岩的侵蚀，使岩体强度显著提高，注浆加固可为锚索提供可靠的着力基础，使锚索对松软破碎围岩的锚固作用得以发挥。采用锚注支护，对巷道围岩强度高、裂隙发育、破碎的加固效果更突出。
关键词：注浆锚索 强度 围岩 交岔点
中图分类号：C39
1、 前言
锚索是采用有一定弯曲柔性的钢绞线，通过预先钻出的钻孔以一定的方式锚固在围岩深部，外露端通过工作锚压紧托盘对工程围岩进行补强加固的一种支护手段。其特点是锚固深度大，承载能力高，并可以施加较大的预紧力，因而可以获得比较理想的支护效果。但在稳定性较差的厚煤层动压巷道，譬如大断面交岔点、破碎地带、受动压影响的巷道等，其承载能力偏低，同时，由于锚固长度较短，属于端部锚固锚索，对破碎顶煤的加固作用有限。 随着其用量越来越多，树脂锚固锚索也逐渐暴露出一系列的问题，其中有的问题还非常严重。从现场使用的情况来看，这种锚索存在的突出问题是：
（1）搅拌树脂锚固锚索只能采用单股，锚索承载能力小，支护强度低，钻孔利用率（即通过每个钻孔索能获得的支护阻力）低。在高应力区、受动压影响的巷道以及有水时常出现断锚索现象，给支护可靠性带来了很大隐患。
（2）作为搅拌树脂锚固的支护体系，锚索索体直径偏小，不符合合理的“三径”匹配关系，树脂锚固剂固化后形成的环形体厚度达到6mm 以上，对锚固力有不利影响。同时，由于锚索直径偏小，在安装过程中搅拌树脂的效果差，容易因树脂锚固剂包装袋塑料薄膜包裹住钢绞线形成“两层皮”而降低锚索的锚固力，起不到应有的支护作用。
（3）同样由于锚索直径偏小，插入钻孔过程中容易把树脂药卷挤在一侧或者穿过树脂药卷，使树脂锚固剂不能完全到达孔底，或孔底的树脂锚固剂不满，导致锚索的实际锚固位置下移而无法按设计要求锚固到稳定层位中，这样的锚索其有效性、可靠性是可想而知的，相应地，采用这种锚索作为补强加固措施必然会存在严重的安全隐患。
（4）锚索索体偏软，安装时在锚杆机推力作用下容易打弯，而一旦脱出，由于锚索索体弹性大，容易伤人，有时还会因树脂凝固而造成安装失败。
针对国内现有矿用锚索产品存在的缺点和问题，开发高强度注浆锚索及配套施工机具是解决上述问题的有效途径，也是在以厚煤层动压巷道为代表的复杂困难条件下对普通锚杆支护进行补强加固的有效措施。济南澳科公司在借鉴和吸收国外先进技术的基础上，于近期成功开发了用螺旋肋预应力钢丝制造的用于深孔强力锚注支护体系的中空注浆锚索，具备了推广应用的条件。
兴山煤矿三水平深部区专用材料下山车场，由于受地质构造影响，三岔口施工在30层煤当中，该岔口最大毛断面为46.7m2，若采用架棚支护，施工难度较大，劳动强度高，架棚困难，而且架棚为被动支护，受动压影响变形，修复次数多，成本高，为了达到支护要求，减轻工人劳动强度，节约资金，施工时采用了全长注浆锚索（一梁七索）支护工艺，不但提高了施工速度，节约成本，而且达到了支护强度，创造了较大的经济效益和安全效果。
2、中空注浆锚索原理
（1）将锚索的支护作用与注浆加固的作用组合起来，共同作用于巷道围岩，将松散破碎的围岩胶结成整体，提高了岩体的内聚力、内摩擦角和弹性模量，从而提高了岩体强度，可以实现利用围岩本身作为支护结构的一部分。
（2）注浆后可以利用浆液封堵围岩的裂隙，隔绝空气，防止围岩风化，能有效防止围岩被水浸湿而降低围岩本身的强度。
（3）注浆后使得喷层壁后充填密实，这样保证荷载能均匀地作用在喷层和支架上，避免出现应力集中点而首先破坏。
（4）利用注浆充填围岩裂隙，配合锚网喷支护，可以形成一个多层有效组合拱，形成的多层组合拱结构扩大了支护结构的有效承载范围，提高了支护结构的整体性和承载能力。
（5）注浆使得支护结构断面尺寸加大，围岩作用在支护结构上的荷载所产生的弯矩减小，从而降低了支护结构中产生的拉应力和压应力，因此能承受更大的荷载，提高了支护结构的承载能力，扩大了支护结构的适应性。
（6） 注浆后的围岩整体性好，与原岩形成一个整体，从而在高应力下保持稳定而不易产生破坏，从而很大改善巷道支护效果。
3、中空注浆锚索优点
（1）中空注浆锚索内部为中空结构，自带注浆芯管，采用反向注
浆方式，不仅消除了产生空洞的可能，省去了安装排气管、在现场绑扎注浆管、排气管的工序，而且由喷浆封闭代替了以往使用棉纱和快硬水泥封堵注浆孔的方法，使施工工艺简化，同时达到了防止围岩风化，且能防止围岩被水浸湿而降低围岩的本身强度效果。
（2）中空注浆锚索顶端为搅拌树脂药卷端锚，安装后能立即承载，进行施加预紧力，对于自稳能力差的顶板岩石是非常有利的。中空注浆锚索尾端为螺纹结构，通过螺帽进行预紧，和使用传统锚索索具进行预紧操作更为方便，且螺纹锁紧不打滑，更为可靠。
（3）中空注浆锚索所需安装孔径小，通过搅拌树脂药卷进行锚固实现锚注一体。
（4）中空注浆锚索外露长度大大减小，有效克服了锚索外露部分占用巷道井巷道修复工程成本，为长期安全生产创造了积极条件。
（5）注浆后浆液将松散破碎的围岩胶结成整体，提高了岩体强度和内聚力、内摩擦角及弹性模量，从而提高了岩体强度，可以实现利用围岩本身作为支护结构的一部分；且与原岩形成一个整体，使巷道保持稳定而不易产生破坏。
（6）利用注浆锚杆注浆充填围岩裂隙，配合锚喷支护，可以形成一个多层有效组合拱，即喷网组合拱、锚杆压缩区组合拱及浆液扩散加固拱，从而扩大了支护结构的有效承载范围，提高了支护结构的整体性和承载能力。
4、工作原理
锚注加固的原理是将锚索的支护作用与注浆加固的作用组合起来，共同作用于巷道围岩，通过注浆锚索压注有机或无机浆液，不仅能从根本上保证锚索锚固可靠，而且浆液能够渗透到钻孔周围较大范围的煤岩体中，对出现松动的煤岩体产生粘结固化作用，显著改善其整体性，提高煤岩体的自撑能力，从而大大改善巷道支护效果。
5、技术参数
膨胀率：0.5～0.8%；1d抗压强度：25MPa；28d抗压强度：72MPa；添加量占水泥量的：8﹪；采用防潮包装，对锚杆金属杆体（钢筋）无锈蚀，无毒，无污染；重量：20kg/袋。
6、注意事项
（1）要提高巷道成形质量，首先最大限度地减轻爆破时围岩的松动破坏，减少支护工作难度。作业规程中要求周边眼距200mm ，要求缩短围岩暴露时间，掌握好光面控制爆破即能控好巷道周边轮廓，又能控制围岩松动范围，从而充分发挥围岩自身自承能力，改善支杆受力状态，提高支护效果。
（2）由于受围岩稳定的限制若进度过大，极易产生片邦、
抽冒顶现象，难以实施联合支护，而且钢筋网规格要满足整个循环作业，及时锚喷支护工作面，循环进度定为1.0m。
7、使用效果和发展方向
（1）通过采用注浆锚索支护，使巷道周围的围岩有效的结合为一个整体，有效地提高了巷道整体的支护强度；
（2）通过对巷道注浆加固，①提高了施工中的安全系数，②提高了岩体承载强度，实现了利用围岩本身作为支护结构的一部分，③提高了施工速度和劳动效率，④降低了施工中的安全隐患。
（3）与普通锚网索喷支护相比，由于锚网索粱喷注耦合支护时注浆既加固了围岩，又给锚杆、锚索提供了可靠的着力基础，使围岩强度和承载能力得到显著提高，巷道变形量明显降低，是一种非常好的主动支护形式，可以较好地解决深部软岩巷道的支护问题。
8、结论
开拓场子采用中空注浆锚索技术，是提高场子单进，确保支护强度、实现安全生产的重要保证，值得推广及应用。主要用于施工断面较大、围岩破碎，不易采用架棚支护的巷道，它具有施工速度快，安全系数大，支护强度高的特点。
关键词：注浆锚索 强度 围岩 交岔点
中图分类号：C39
1、 前言
锚索是采用有一定弯曲柔性的钢绞线，通过预先钻出的钻孔以一定的方式锚固在围岩深部，外露端通过工作锚压紧托盘对工程围岩进行补强加固的一种支护手段。其特点是锚固深度大，承载能力高，并可以施加较大的预紧力，因而可以获得比较理想的支护效果。但在稳定性较差的厚煤层动压巷道，譬如大断面交岔点、破碎地带、受动压影响的巷道等，其承载能力偏低，同时，由于锚固长度较短，属于端部锚固锚索，对破碎顶煤的加固作用有限。 随着其用量越来越多，树脂锚固锚索也逐渐暴露出一系列的问题，其中有的问题还非常严重。从现场使用的情况来看，这种锚索存在的突出问题是：
（1）搅拌树脂锚固锚索只能采用单股，锚索承载能力小，支护强度低，钻孔利用率（即通过每个钻孔索能获得的支护阻力）低。在高应力区、受动压影响的巷道以及有水时常出现断锚索现象，给支护可靠性带来了很大隐患。
（2）作为搅拌树脂锚固的支护体系，锚索索体直径偏小，不符合合理的“三径”匹配关系，树脂锚固剂固化后形成的环形体厚度达到6mm 以上，对锚固力有不利影响。同时，由于锚索直径偏小，在安装过程中搅拌树脂的效果差，容易因树脂锚固剂包装袋塑料薄膜包裹住钢绞线形成“两层皮”而降低锚索的锚固力，起不到应有的支护作用。
（3）同样由于锚索直径偏小，插入钻孔过程中容易把树脂药卷挤在一侧或者穿过树脂药卷，使树脂锚固剂不能完全到达孔底，或孔底的树脂锚固剂不满，导致锚索的实际锚固位置下移而无法按设计要求锚固到稳定层位中，这样的锚索其有效性、可靠性是可想而知的，相应地，采用这种锚索作为补强加固措施必然会存在严重的安全隐患。
（4）锚索索体偏软，安装时在锚杆机推力作用下容易打弯，而一旦脱出，由于锚索索体弹性大，容易伤人，有时还会因树脂凝固而造成安装失败。
针对国内现有矿用锚索产品存在的缺点和问题，开发高强度注浆锚索及配套施工机具是解决上述问题的有效途径，也是在以厚煤层动压巷道为代表的复杂困难条件下对普通锚杆支护进行补强加固的有效措施。济南澳科公司在借鉴和吸收国外先进技术的基础上，于近期成功开发了用螺旋肋预应力钢丝制造的用于深孔强力锚注支护体系的中空注浆锚索，具备了推广应用的条件。
兴山煤矿三水平深部区专用材料下山车场，由于受地质构造影响，三岔口施工在30层煤当中，该岔口最大毛断面为46.7m2，若采用架棚支护，施工难度较大，劳动强度高，架棚困难，而且架棚为被动支护，受动压影响变形，修复次数多，成本高，为了达到支护要求，减轻工人劳动强度，节约资金，施工时采用了全长注浆锚索（一梁七索）支护工艺，不但提高了施工速度，节约成本，而且达到了支护强度，创造了较大的经济效益和安全效果。
2、中空注浆锚索原理
（1）将锚索的支护作用与注浆加固的作用组合起来，共同作用于巷道围岩，将松散破碎的围岩胶结成整体，提高了岩体的内聚力、内摩擦角和弹性模量，从而提高了岩体强度，可以实现利用围岩本身作为支护结构的一部分。
（2）注浆后可以利用浆液封堵围岩的裂隙，隔绝空气，防止围岩风化，能有效防止围岩被水浸湿而降低围岩本身的强度。
（3）注浆后使得喷层壁后充填密实，这样保证荷载能均匀地作用在喷层和支架上，避免出现应力集中点而首先破坏。
（4）利用注浆充填围岩裂隙，配合锚网喷支护，可以形成一个多层有效组合拱，形成的多层组合拱结构扩大了支护结构的有效承载范围，提高了支护结构的整体性和承载能力。
（5）注浆使得支护结构断面尺寸加大，围岩作用在支护结构上的荷载所产生的弯矩减小，从而降低了支护结构中产生的拉应力和压应力，因此能承受更大的荷载，提高了支护结构的承载能力，扩大了支护结构的适应性。
（6） 注浆后的围岩整体性好，与原岩形成一个整体，从而在高应力下保持稳定而不易产生破坏，从而很大改善巷道支护效果。
3、中空注浆锚索优点
（1）中空注浆锚索内部为中空结构，自带注浆芯管，采用反向注
浆方式，不仅消除了产生空洞的可能，省去了安装排气管、在现场绑扎注浆管、排气管的工序，而且由喷浆封闭代替了以往使用棉纱和快硬水泥封堵注浆孔的方法，使施工工艺简化，同时达到了防止围岩风化，且能防止围岩被水浸湿而降低围岩的本身强度效果。
（2）中空注浆锚索顶端为搅拌树脂药卷端锚，安装后能立即承载，进行施加预紧力，对于自稳能力差的顶板岩石是非常有利的。中空注浆锚索尾端为螺纹结构，通过螺帽进行预紧，和使用传统锚索索具进行预紧操作更为方便，且螺纹锁紧不打滑，更为可靠。
（3）中空注浆锚索所需安装孔径小，通过搅拌树脂药卷进行锚固实现锚注一体。
（4）中空注浆锚索外露长度大大减小，有效克服了锚索外露部分占用巷道井巷道修复工程成本，为长期安全生产创造了积极条件。
（5）注浆后浆液将松散破碎的围岩胶结成整体，提高了岩体强度和内聚力、内摩擦角及弹性模量，从而提高了岩体强度，可以实现利用围岩本身作为支护结构的一部分；且与原岩形成一个整体，使巷道保持稳定而不易产生破坏。
（6）利用注浆锚杆注浆充填围岩裂隙，配合锚喷支护，可以形成一个多层有效组合拱，即喷网组合拱、锚杆压缩区组合拱及浆液扩散加固拱，从而扩大了支护结构的有效承载范围，提高了支护结构的整体性和承载能力。
4、工作原理
锚注加固的原理是将锚索的支护作用与注浆加固的作用组合起来，共同作用于巷道围岩，通过注浆锚索压注有机或无机浆液，不仅能从根本上保证锚索锚固可靠，而且浆液能够渗透到钻孔周围较大范围的煤岩体中，对出现松动的煤岩体产生粘结固化作用，显著改善其整体性，提高煤岩体的自撑能力，从而大大改善巷道支护效果。
5、技术参数
膨胀率：0.5～0.8%；1d抗压强度：25MPa；28d抗压强度：72MPa；添加量占水泥量的：8﹪；采用防潮包装，对锚杆金属杆体（钢筋）无锈蚀，无毒，无污染；重量：20kg/袋。
6、注意事项
（1）要提高巷道成形质量，首先最大限度地减轻爆破时围岩的松动破坏，减少支护工作难度。作业规程中要求周边眼距200mm ，要求缩短围岩暴露时间，掌握好光面控制爆破即能控好巷道周边轮廓，又能控制围岩松动范围，从而充分发挥围岩自身自承能力，改善支杆受力状态，提高支护效果。
（2）由于受围岩稳定的限制若进度过大，极易产生片邦、
抽冒顶现象，难以实施联合支护，而且钢筋网规格要满足整个循环作业，及时锚喷支护工作面，循环进度定为1.0m。
7、使用效果和发展方向
（1）通过采用注浆锚索支护，使巷道周围的围岩有效的结合为一个整体，有效地提高了巷道整体的支护强度；
（2）通过对巷道注浆加固，①提高了施工中的安全系数，②提高了岩体承载强度，实现了利用围岩本身作为支护结构的一部分，③提高了施工速度和劳动效率，④降低了施工中的安全隐患。
（3）与普通锚网索喷支护相比，由于锚网索粱喷注耦合支护时注浆既加固了围岩，又给锚杆、锚索提供了可靠的着力基础，使围岩强度和承载能力得到显著提高，巷道变形量明显降低，是一种非常好的主动支护形式，可以较好地解决深部软岩巷道的支护问题。
8、结论
开拓场子采用中空注浆锚索技术，是提高场子单进，确保支护强度、实现安全生产的重要保证，值得推广及应用。主要用于施工断面较大、围岩破碎，不易采用架棚支护的巷道，它具有施工速度快，安全系数大，支护强度高的特点。