庞云成1 崔满堂2
（1．新矿集团福城矿业有限公司，内蒙古自治区鄂尔多斯市，016200 ;
2．中国矿业大学矿业工程学院，江苏省徐州市，221008）
摘要针对古城矿主斜井顶板锚索孔导通裂隙水，导致顶板淋水严重，通过对主斜井淋水段实地钻孔探放水，分析了顶板含水层分布及淋水规律．设计了适合该工程状况的注浆锚索支护方案及注浆参数，并在现场进行注浆试验，进而推广到主斜井淋水段支护中。矿压观测结果表明，注浆锚索堵水加固支护在古城矿主斜井淋水段取得了成功。
关键词 主斜井 顶板淋水 注浆锚索 注浆试验 堵水效果
中图分类号 TD353
当巷道顶板存在裂隙水且被锚索孔导通时，巷道淋水会比较严重。顶板围岩强度和锚杆（索）锚固力在水的作用下大大降低，普通的锚杆（索）支护效果受到严重影响，此时就应该考虑注浆锚索的应用。中空注浆锚索具有施工工艺简单、易控制、支护效果好等特点，在软岩巷道、煤层顶板巷道、地质构造破碎巷道，都得到重要的应用，并取得了良好的支护效果。
1 古城矿主斜井淋水概况
古城矿主斜井全长2019 m，倾角150。表土层段长540 m，采用冻结施工方法施工井巷，现场观测支护效果较好，未发生淋水状况。斜井沿长度从540 m到2019 m为基岩段，采用锚网索喷支护方式施工井巷。在主斜井长度547 m后打设锚索孔时，锚索孔出现淋水现象，部分锚索孔淋水水量较大。故在主斜井580～880 m长度段内未进行顶板锚索支护。虽然在短期内巷道并未发生大的矿压显现，但古城矿主斜井服务时间较长，对支护的要求高，顶板锚索的长时间缺失对其稳定性影响甚大，甚至成为安全隐患。
为探明顶板含水层分布和顶板淋水分布规律，分别在沿主斜井长度580 m、640 m和720 m处进行钻孔探水，根据钻孔返水颜色推测岩性（砂岩与粉砂岩段返水颜色为灰色、白色或灰白色，泥岩段返水颜色为红色或紫红色，砂岩泥岩互层返水颜色为时而白色时而红色）。通过对古城矿斜井顶板岩性分布与探放水钻孔所揭岩性数据进行分析，发现在主斜井里程580～740 m存在两段含水层，顶板存在很多强度较低的泥岩岩层，开挖后在原岩应力的作用下，容易产生裂隙。安装锚索时，锚索孔导通裂隙水，造成顶板围岩裂隙水流出，严重影响支护效果和施工进度。对于该种情况，现今最好的办法是抽排顶板水，但古城矿顶板裂隙水量大，抽排时间长，会影响主斜井的掘进速度，因此对古城矿主斜井顶板淋水段宜采用注浆锚索支护。
2 注浆锚索堵水及支护参数
2.1 注浆锚索参数设计
所选取的中空注浆锚索由8根金属丝围绕直径约为7 mm的金属圆管制成，其封孔装置包括密封卡箍、膨胀软胶管、塑料硬管，注浆锚索结构见图1。注浆材料选取425 #普通硅酸盐水泥添加ACZ-1型添加剂（添加剂占水泥量8%），注浆终压设定为8 M Pa。注浆材料具有早强、高强，流动性好等特性，有利于保证注浆效果。
注浆锚索的排距主要由给定条件下的注浆浆液扩散范围确定。为保证注浆锚索堵水效果，要求相邻锚索注浆浆液扩散范围有一定程度的贯通。相邻锚索注浆浆液扩散状态见图2。O1点和O 2点为两相邻锚索的中点，两处锚索注浆浆液扩散范围分别为O1圆和O2，可以看出，两锚索注浆浆液各自的理论扩散范围内存在重叠区域p，重叠区域饱和后浆液将沿图中箭头所示方向 向o区域和q区域扩散直至最后形成图2中的浆液扩散区域m、n、0、p和q。
式中：d--------注浆孔排距，m；
R--------注浆孔扩散半径，m。
根据现场条件估算R为1.5 m，考虑安全系数，最终注浆孔扩散半径取1.1 m，代入式(5) 中计算可得d =1.7 m。现场锚杆排距为0.8 m，为便于施工并获得更好的注浆浆液扩散效果，确定注浆锚索的排距为1.6 m。
注浆锚索间距可根据式(6)进行计算：
式中：Sa一一注浆锚索间距，m;
a——注浆锚索承担的有效宽度，根据锚索排距计算结果取为1.6 m;
将数据代人式(6)计算可得锚索间距为2. 34 m，根据施工经验以及出于安全考虑，最终
设计锚索的间距为2m。
2.2 支护方案
根据上述对锚索注浆参数的计算，对古城矿主斜井顶板淋水段进行重新加固，巷道支护布置如图4所示。
3现场注浆试验
3.1 注浆量与出水量统计
主斜井井筒540～740 m段顶板上方大的出水点大概有5处，在巷道右侧可以明显观察到几处较大的出水点，巷道总的涌水量大概在30 m3／h左右。在主斜井里程590 m处进行试验注浆，共打设6排注浆锚索。沿主斜井巷道掘进方向，将每孔的注浆量和出水量分别按照排数和巷道截面不同位置绘制成相关关系的曲线图，如图5和图6所示。
根据图5和图6可知，每排注浆锚索孔出水总量随排数增加而逐渐降低，第一排、第二排、第三排3个注浆孔出水量占试验段总出水量的27.7%、24. 8%和21. 4%，后3个孔出水量之和仅占总出水量的26%;由于巷道注浆锚索是按照巷道走向施工，注浆锚索孔的出水量随排数的增加逐渐减小，前排注浆施工对后排注浆锚索孔出水产生很大的限制作用。对比巷道截面不同位置的出水量，巷道右肩位置注浆锚索孔出水量最大，占总出水量的64%，中间位置出水量稍少，占总出水量的26%，左肩总出水量最小，仅占总出水量的10%。
在6排锚索注浆范围内，达到同样的注浆终止压力8 M Pa时，每排的注浆量变化不大，平均为117 kg，表明顶板裂隙沿巷道轴向方向发育较均匀。但巷道截面不同位置的注浆量差别较大，其中巷道左肩位置注浆量为150 kg，中间位置注浆量为312.5 kg，右肩位置注浆量为237.5 kg，说明巷道顶板中间的裂隙发育程度明显高于两肩处，其中左肩位置的裂隙发育情况最低，岩石完整性强。
3.2 注浆试验段效果
对现场的施工质量进行了实时观测，选取第一排、第四排和第六排注浆锚索施工效果进行对比分析。
第一排注浆前顶板右肩位置水从注浆锚索孔中涌出，中间孔水流成线，左肩位置呈滴水状，说明第一排右肩位置和中间位置出水量较大，顶板裂隙发育程度大；注浆后3孔堵水效果良好，没有水从孔中或附近流出。
第四排注浆前水从顶板右肩位置和中间位置锚索孔缓慢流出，左肩位置锚索孔有“滴水成线”现象，3个位置顶板裂隙发育均匀且顶板出水量都不大；注浆后3个孔堵水效果良好，没有水从孔中或附近流出。
第六排注浆前顶板中间位置水从锚索孔中缓慢流出，左肩位置孔有水滴出，右肩位置无出水现象，说明顶板3个位置裂隙发育弱或裂隙已经被前排注浆液填充，出水较少；注浆后3孔堵水效果良好，没有水从孔中或附近流出。
综合注浆锚索施工效果来看，注浆前巷道顶板锚索孔经过喷浆后仍在渗水，注浆后注浆锚索孔和附近的锚杆孔未出现滴水或流水现象，通过注浆有效控制了顶板裂隙水的流出，使锚索施工得以进行。
4应用效果
为验证顶板注浆锚索联合锚网喷的支护方式对顶板的支护加固效果，在注浆锚索试验段设置矿压观测站，注浆试验段巷道表面收敛情况如图7所示。
由图7可以看出，顶板最大下沉量为8 mm，底板最大鼓起量为6 mm，顶底板移近量为14 mm，顶板下沉量要略大于底板鼓起量，说明顶板裂隙发育后在顶板水的影响下，顶板岩石强度弱化，而底板相对完整。巷道左帮最大位移量为4 mm，右帮最大位移量为7 mm，两帮移近总量为11 mm。巷道变形主要集中在注浆锚索安装后9d时间内，位移量很小，表明注浆锚索对巷道顶板的支护加同效果明显。
5 结论
(1)中空注浆锚索符合古城矿主斜井支护和掘进施工的需要，操作方便，安装方便可靠。
(2)实践表明，中空注浆锚索对主斜井顶板裂隙淋水的支护效果很好，有效起到了堵水加固作用，有利于主斜井巷道的长期稳定。
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