高磊
淮河能源控股集团煤业公司谢桥煤矿，安徽淮南 232001
摘要：随着矿井开采深度和强度的加大,软岩巷道的支护问题变得越来越突出，深部软岩巷道存在埋深大、应力高、围岩强度低等特点，传统锚网索支护技术难以保障巷道长期稳定。采用高强支护、高灰水比、高压力扩散、大范围锚注加固支护工艺，强力锚注支护实现了锚杆/锚索全长锚固，提高了巷道围岩的整体性和承载性能，顶板变形量降低，有效控制了深部复杂困难条件下巷道围岩变形，而且施工工艺简单，成本较低。
关键词：软岩；巷道；机理；锚注加固
煤巷锚杆支护技术的迅速发展和应用，给煤炭企业带来了巨大的经济效益。锚杆支护成为巷道支护的一个主要发展方向。随着开采深度和广度的发展，出现了一大类极破碎围岩条件，它们共同的特点是整体性差、破碎、松散，普通锚杆支护困难；并且成孔困难，无法实现钻孔、后安装锚杆(索)的施工过程，锚注支护也相当困难。为了改善受动压影响深部煤层巷道围岩破碎、锚杆支护锚固力偏低的状况和提高围岩的强度，对巷道围岩进行锚注加固。钻锚注加固技术是锚注加固的一种特殊形式，是锚杆自钻锚杆和注浆技术的再次结合，是注浆技术的又一次发展。
1锚注加固机理分析
破碎围岩巷道的破碎塑性区经过自钻锚杆注浆后，破碎结构的围岩被胶结成拱形连续体加固圈。同时，自钻锚杆又起到悬吊、挤压等作用，使巷道围岩沿径向挤压的压力转化成切向压力，防止围岩松动范围的进一步扩展，从而使巷道径向应力减小到仅用较小的支护阻力就能使围岩长期处于稳定状态。以下从各个方面说明钻锚注支护加固机理。
（1）自钻锚杆钻进后，不抽拔出杆体。使钻孔内壁自由空间小，从而使钻孔对围岩的破坏减弱。同时，解决了钻孔塌陷给施工造成的不利。
（2）自钻锚杆注浆加固的巷道，可利用浆液形成的胶结体封堵围岩裂隙，隔绝空气，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。
（3）凇散破碎岩体经自钻锚杆注浆后，在注浆范围内破碎岩块和锚杆胶结成整体，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，实现利用围岩本身作为支护结构的一部分。前苏联的研究资料表明，注浆后砂岩强度增加50％-70％，细砂岩和泥质岩增加2-4倍，岩石强度增大时支护载荷减小2/3-4/5。
（4）注浆后使得作用在拱顶的压力能有效地传递到两墙，通过对墙的加固，又能把荷载传到底板；同时由于组合拱厚度的加大，能减小作用在底板上的载荷集中度而且减小底板岩石中的应力，减弱底板的塑性变形。减小底臌量。而底板的稳定，有助于两墙的稳定，在底板、两墙稳定的情况下又能保持拱顶的稳定。
（5）锚杆经注浆后使普通端锚变为全长锚固锚杆，从而提高了锚杆的锚固力和可塑性，保证了支护结构的稳定；且将多层组合拱联成一个整体，共同承载，提高了支护结构的整体性。
（6）注浆使得支护结构面积尺寸加大，围岩作用在支护结构上的载荷所产生的弯矩减小，从而降低了支护结构的拉应力和压应力。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。
（7）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有效承载范围，提高了支护结构的整体性和承载能力。
（8）软岩或高应力破碎底板经钻锚注加固后，阻止底板煤层流变继续发生，使巷道两底角不会继续向里移动，从而有利两帮和顶板支护。
2 锚注加固参数优化设计
2.1注浆锚杆参数
2.1.1 锚杆长度及直径
锚杆长度一般根据巷道围岩的性质及巷道跨度合理确定，注浆深度应深于破碎区边缘，进入峰后强度区较合适。注浆深度尽量深，有利于降低对注浆强度的要求，同时此范围裂隙发育，注浆条件好，注浆所需的压力要求也低。注浆锚杆长度一般为巷道跨度的1/3～1/2,根据巷道断面尺寸及其变形状况，取杆体长度为2.0m，采用4分焊接管制作而成，外部30mm带有滚丝，中间注浆段长1000mm，内部300mm加工成右旋麻花形，用于搅拌树脂锚固剂。锚杆直径取22mm。
2.1.2 锚杆注浆段长度
巷道稳定性要受到多种因素的制约，但总体上可以分为工程地质因素和采矿技术因素，前者主要包括围岩强度、构造特征、地层倾角、地下水状态等，后者主要包括采面采深、煤柱尺寸、巷道的法向距离及其断面等，底板巷道往往受到其上部多煤层或多工作面的采动影响，从而形成应力集中，巷道周边的应力集中可能超过围岩的弹性极限而进入塑性和流动状态，导致围岩松动、破坏，在巷道周围形成破碎区，塑性区和弹性区。
2.1.3 锚杆注浆孔直径和数目
注浆孔是注浆从锚杆内腔进入巷道围岩的通道，注浆孔直径越小，注浆流动时阻力越大，孔径越大，杆体强度损失越大。为便于从锚杆内腔出浆，在杆体1000mm的注浆段上，每隔100mm交错钻出直径Ф6mm的注浆孔11个。
2.1.4 锚杆布置方式
注浆锚杆布置对锚杆支护系统的可靠性至关重要，一个合理的锚杆布置将是以最低的支护成本达到良好的支护效果，满足生产、安全的要求。从这个意义上讲，锚杆的布置不是任意的，也不是锚杆数目越多越好，因为锚杆数目增加，技术上可行，经济上却不是合理的，这必然使成本增加，掘进速度降低。
2.2 注浆材料参数
注浆施工中所需材料主要有水泥、水玻璃等，水泥采用425#普通硅酸盐水泥，水玻璃采用45的液体水玻璃。注浆材料的选择是注浆工程中一个重要的组成部分，它应根据锚注地段的地质条件、施工要求、原材料供应和成本等因素而定。目前使用的注浆材料有化学浆液和水泥浆液两大类。
3注浆机具和工艺
注浆所用机具以注浆泵为主，按注浆泵的浆液混合方式注浆分单液注浆和双液注浆。在此着重讲下单液注浆施工工艺。 单液注浆施工工艺：首先用自钻锚杆在煤岩体相应位置钻进，不拔出锚杆，将止浆塞旋到自钻锚杆杆体上，自钻锚杆在孔外露出长度40-80mm。将注浆管和自钻锚杆相连。在搅拌桶内加入适量的水，然后投入相应量设计配比材料，开动搅拌器在搅拌桶内搅动，待到浆液均匀为止。将注浆泵插入搅拌桶，进浆口要安全没入浆液中，将注浆泵和排浆孔连接，开动注浆泵开始注浆。注入一定材料后停泵，拆除相应管路。单液注浆加固完毕。根据材料特性，硬化相应时间，在自钻锚杆外端装上托盘机垫圈拧紧螺母，自钻锚杆成为一条全长锚固的锚杆。
自钻锚杆在煤矿使用中属于新型支护材料，其特点和用途以及对注浆材料的适应性和合理注浆压力，还有待在应用的过程中进一步研究和改善。另外，对自钻锚杆杆体材料和在应用过程中的系列问题，特别是长期工程支护条件下的杆体防腐等问题需要深入研究，以适合煤炭开采的需要。对注浆材料来讲，因为已经经历了很长时间的发展，各种性能和品种已经趋于完善。不过，在煤矿巷道掘进时经常遇到一些随掘随冒的现象，顶板岩层式破碎的并且在高应力情况下被压密，用超前注浆支护，如何使浆液进入裂隙，除了考虑注浆压力外，渗透到微裂隙的浆液材料也需要更进一步研究。
4 结束语
文章对受动压影响深部高应力软岩煤层巷道锚注加固技术进行了研究，锚注加固是利用空心锚杆兼作注浆管对巷道围岩注浆加固，充分利用锚杆支护和注浆加固的优点，改善围岩结构及其性质，提高了围岩整体性和自承载能力，可以仅用较小的支护阻力就能使围岩长期处于稳定状态。
参考文献：
[1]王绪昇;深部动压软岩巷道分阶段锚注支护技术研究[J];中国商界(上半月);2010年06期
[2]郭宏东;胡福祥;陈宣泽;草楼铁矿破碎系统上部矿仓加固方案探讨[J];金属矿山;2008年12期