謝 龍，張德兵，梁 順

(1.國家能源集團(tuán) 神東煤炭集團(tuán) 哈拉溝煤礦，陜西 榆林 719315；2.內(nèi)蒙古仲泰能源有限責(zé)任公司 伊金霍洛旗分公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017212；3.中國礦業(yè)大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院 深部煤炭資源開采教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 徐州 221116)

當(dāng)前應(yīng)用于煤礦回采巷道的超前支護(hù)形式主 要有單體和超前液壓支架，由于適應(yīng)性和地質(zhì)條件的差異，生產(chǎn)實(shí)際中這類被動(dòng)式支護(hù)方法在安全性、經(jīng)濟(jì)性等方面存在一定不足，液壓支架存在反復(fù)支撐頂板導(dǎo)致頂板破碎、采購成本高、設(shè)備體積大、運(yùn)輸安裝不便等缺點(diǎn)；單體超前支護(hù)存在人工“支回”勞動(dòng)強(qiáng)度大、巷道通風(fēng)面積小、安全性差、影響工作面推進(jìn)速度等問題。所以探討新型主動(dòng)式超前支護(hù)方式，切實(shí)解決回采巷道超前段加強(qiáng)支護(hù)問題具有重要的理論和實(shí)踐意義。近年來，部分礦區(qū)以注漿錨索為新型超前支護(hù)形式，現(xiàn)場應(yīng)用效果較好。注漿錨索是主動(dòng)支護(hù)方式，結(jié)合了注漿和錨索的雙重優(yōu)點(diǎn)，既能錨固巖體，其漿液又能填充裂隙、固結(jié)破碎巖體以增強(qiáng)圍巖強(qiáng)度，能有效地減小巷道變形，已用于加強(qiáng)支護(hù)動(dòng)壓巷道、深部軟巖巷道、大斷面硐室等[1-3]。注漿與錨索聯(lián)合使用，發(fā)展為注漿錨索技術(shù)，充分發(fā)揮了錨索及漿液對(duì)圍巖的支護(hù)作用。中空注漿錨索配合初始支護(hù)能夠減小松軟煤巷、“三軟”煤層巷道、深部軟巖巷道等復(fù)雜條件下的巷道變形，可在一定程度上取代原有支護(hù)方案[4-5]。注漿錨索超前主動(dòng)式支護(hù)技術(shù)在不同開采深度和煤層厚度的采煤工作面得到成功應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了巷道全生命周期一次性支護(hù)[6]。

綜上所述，注漿理論和錨索技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了注漿錨索應(yīng)用于復(fù)雜圍巖條件下的巷道支護(hù)。已有生產(chǎn)實(shí)踐表明，注漿錨索在巷道支護(hù)中已經(jīng)產(chǎn)生了良好的應(yīng)用效果[7-9]。近年來，國內(nèi)部分礦區(qū)也率先探索將注漿錨索應(yīng)用于回采巷道超前支護(hù)中，但在注漿錨索的適用性、支護(hù)效果、漿液擴(kuò)散理論等方面的研究仍較缺乏，工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)也較少，因此，筆者以寸草塔二礦為例，針對(duì)不同開采條件下注漿錨索的注漿加固效果及漿液擴(kuò)散規(guī)律等方面開展相關(guān)理論及應(yīng)用研究。采用注漿錨索主動(dòng)式超前支護(hù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了寸草塔二礦31204工作面回采巷道的有效超前支護(hù)，替代了超前段傳統(tǒng)的單體支柱及液壓支架支護(hù)形式。

1 工程概況

寸草塔二礦31204綜放工作面位于31煤二盤區(qū)，工作面推進(jìn)長度2 642.6 m，寬度220.8 m。區(qū)段煤柱寬度為20 m，運(yùn)輸巷寬6.0 m，高3.6 m，輔助運(yùn)輸巷寬5.4 m，高3.6 m。煤層頂?shù)装鍘r性特征見表1。

31204工作面布置3條巷道，分別為31204主運(yùn)巷、31204輔運(yùn)巷、31205輔運(yùn)巷。其中31204主運(yùn)巷為主要運(yùn)輸巷兼做進(jìn)風(fēng)巷，31204輔運(yùn)巷用作進(jìn)風(fēng)巷的同時(shí)兼做輔助運(yùn)輸巷，31205輔運(yùn)巷用作回風(fēng)巷的同時(shí)兼做輔助運(yùn)輸巷。

表1 煤層頂、底板巖性特征 Table 1 Characteristics of coal seam，roof and floor

2 注漿錨索工作機(jī)理

注漿錨索的結(jié)構(gòu)及原理如圖1所示。

圖1 中空注漿錨索的結(jié)構(gòu)及原理 Fig.1 Structure and principle of hollow grouted anchor cable

注漿錨索采用中空結(jié)構(gòu)，通過注漿管進(jìn)行全 長范圍內(nèi)高壓注漿，實(shí)現(xiàn)全長錨固，保證全長錨固段具有較高的預(yù)應(yīng)力。錨索索體與錨固劑之間通過黏結(jié)作用產(chǎn)生軸向剪切力，并將巖體壓力載荷轉(zhuǎn)移至穩(wěn)定巖層中，發(fā)揮圍巖本身的自穩(wěn)能力[10-12]。

注漿錨索將錨索支護(hù)機(jī)理和注漿加固機(jī)理有機(jī)結(jié)合，充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢。中空錨索表面有輔助出漿口，水泥漿液可在高壓作用下通過出漿口沿著圍巖裂隙滲透到鉆孔周圍較大范圍的圍巖中。注漿的主要作用[13-16]為

(1) 漿液擴(kuò)散后充填并固結(jié)在裂隙中，凝固的漿液提高了圍巖結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度和剛度，對(duì)破碎圍巖產(chǎn)生黏結(jié)作用，并改善裂隙、孔隙周圍的應(yīng)力分布狀態(tài)，消除因?yàn)榫植苛严栋l(fā)育導(dǎo)致圍巖應(yīng)力集中發(fā)生破壞甚至整體破壞的現(xiàn)象。

(2) 漿液與錨索、圍巖形成的錨注承載結(jié)構(gòu)擴(kuò) 大了支護(hù)結(jié)構(gòu)的有效支護(hù)范圍，避免了支護(hù)結(jié)構(gòu)部分區(qū)域出現(xiàn)應(yīng)力集中，提高了支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載能力。

(3) 注漿使錨索由部分錨固提升為全長錨固，增強(qiáng)了錨固作用，還為托板、鋼帶分擔(dān)了壓力載荷，保障了錨索支護(hù)作用的發(fā)揮。

(4) 改變錨固區(qū)域內(nèi)巖體的峰后強(qiáng)度及變形特征，使峰后不出現(xiàn)應(yīng)變軟化現(xiàn)象，顯著提高了破碎巖體的黏聚力和內(nèi)摩擦角，增強(qiáng)了圍巖強(qiáng)度。

(5) 注漿隔絕了空氣和地下水，減輕甚至防止地下水對(duì)圍巖的軟化作用，降低了滲流場對(duì)圍巖強(qiáng)度的影響。

注漿錨索支護(hù)與傳統(tǒng)樹脂端錨錨索支護(hù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1) 改端錨為全長錨固，顯著提高了錨索錨固力，同時(shí)也使得錨索支護(hù)系統(tǒng)的剛度和強(qiáng)度提高，確保圍巖穩(wěn)定不容易卸載；

(2) 注漿加固對(duì)巖體網(wǎng)絡(luò)骨架起到了黏結(jié)補(bǔ)強(qiáng)、壓密作用，提高了圍巖的力學(xué)性能；

(3) 錨注加固可對(duì)深部破碎圍巖提供高應(yīng)力的徑向約束，使破碎巖體發(fā)揮應(yīng)力強(qiáng)化特性，提高了 圍巖承載結(jié)構(gòu)的承載能力。

3 漿液擴(kuò)散數(shù)值模型

筆者利用COMSOL Multiphysics 有限元分析軟件對(duì)超前注漿錨索的注漿部分建立數(shù)值模型，研究不同注漿參數(shù)對(duì)單根注漿錨索漿液擴(kuò)散范圍的影響，并進(jìn)一步研究不同錨索間排距布置參數(shù)對(duì)形成注漿加固圈的影響。

針對(duì)漿液在圍巖裂隙中滲透運(yùn)移問題，筆者對(duì)注漿材料及受注介質(zhì)做適當(dāng)簡化，做出如下假設(shè)：① 受采動(dòng)影響后，圍巖裂隙發(fā)育顯著，且滿足隨機(jī)分布，因而將巷道圍巖視為各向同性的擬連續(xù)介質(zhì)或連續(xù)介質(zhì)；② 忽略漿液自重影響，認(rèn)為漿液是各向同性的不可壓縮流體，其在裂隙巖體中的擴(kuò)散運(yùn)移是非穩(wěn)態(tài)達(dá)西滲流運(yùn)動(dòng)；③ 模型僅涉及對(duì)巷道頂板注漿，不考慮兩幫的注漿；④ 地下水滲流方向統(tǒng)一，壓力恒定，假設(shè)孔隙水壓為0.2 MPa。

根據(jù)以上假設(shè)，利用流體力學(xué)理論得出漿液滲流連續(xù)性微分方程[17]為

式中，ρ為漿液密度；α，β分別為圍巖、漿液壓縮系數(shù)；ε為圍巖孔隙率；u為漿液滲流速度；?為梯度算子，；p為注漿壓力；t為時(shí)間。

漿液運(yùn)動(dòng)又屬于非穩(wěn)態(tài)Darcy滲流，其滲流速度與漿液壓力關(guān)系為

式中，K為滲透系數(shù)。

由式(1)，(2)可得漿液在圍巖中滲透運(yùn)動(dòng)的微分方程為

式中，S為圍巖裂隙貯漿系數(shù)，S=ρg（α+εβ）。

在簡化假設(shè)和滲流方程的基礎(chǔ)上，建立模型Ⅰ：模型尺寸為66 m×50 m(長×寬)，巷道斷面尺寸為6 m×3.6 m(寬×高)，巷道中央布置1個(gè)注漿鉆孔，孔徑為0.04 m。模型Ⅱ：模型尺寸為20 m×20 m(長×寬)，巷道寬度為6 m，模型中間布置4個(gè)注漿鉆孔，孔徑為0.04 m。兩模型劃分網(wǎng)格時(shí)，對(duì)巷道表面及鉆孔附近網(wǎng)格進(jìn)行加密，并設(shè)定邊界層。模型的邊界條件為：模型外邊界為無流量邊界，假設(shè)注漿過程中，漿液不從巷道表面漏出，則巷道四周亦為無流量邊界；模型內(nèi)部初始?jí)毫榭紫端畨?設(shè)定為0.2 MPa)，假設(shè)漿液充滿整個(gè)注漿鉆孔才逐步滲透至圍巖中，則注漿鉆孔表面為定壓力邊界，壓力為注漿壓力，數(shù)值計(jì)算模型及邊界條件如圖2～3所示。 超前支護(hù)段巷道受采動(dòng)影響較強(qiáng)烈，宏觀上形成較為發(fā)育的裂隙，故采用超前注漿錨索進(jìn)行超前支護(hù)必須考慮超前支承壓力的影響。已有研究認(rèn)為在擾動(dòng)應(yīng)力下，圍巖滲透率與圍巖應(yīng)力及注漿壓力有關(guān)，并給出了等效滲透系數(shù)的計(jì)算公式[18]為

圖2 數(shù)值計(jì)算模型Ⅰ及邊界條件 Fig.2 Numerical model I and boundary conditions

圖3 數(shù)值計(jì)算模型Ⅱ及邊界條件 Fig.3 Numerical model Ⅱ and boundary conditions

式中，K0為圍巖初始滲透系數(shù)，m/s；λ為宏觀試驗(yàn)系數(shù)；Δσ為回采前后平均主應(yīng)力差值，Pa。

超前支承壓力造成超前支護(hù)段圍巖裂隙發(fā)育程度不一，滲透率具有明顯的空間差異。選取運(yùn)輸巷超前工作面10 m截面處的應(yīng)力分布，獲得擾動(dòng)平均應(yīng)力差值(圖4)，并根據(jù)式(4)得到等效滲透系數(shù)曲線(圖5)。由圖4～5可知，巷道頂板平均應(yīng)力差值呈先增大后減小的趨勢，直至平衡，可將巷道頂板分為應(yīng)力降低區(qū)、應(yīng)力升高區(qū)和原巖應(yīng)力區(qū)。受應(yīng)力重新分布影響，巷道圍巖滲透率亦發(fā)生改變，頂板淺部滲透率較大、深部滲透率基本不變，反映了頂板深部圍巖應(yīng)力受到擾動(dòng)較小、注漿壓力無法擴(kuò)展的事實(shí)。

圖4 超前工作面10 m處回采前后平均應(yīng)力差值 Fig.4 Mean stress difference before and after mining at 10 m in advance working face

圖5 超前工作面10 m處滲透率分布 Fig.5 Permeability distribution at 10 m ahead of working face

在注漿壓力分別為1.0，2.0，3.0，4.0，5.0，6.0和8.0 MPa條件下研究其對(duì)漿液擴(kuò)散規(guī)律的影響，模型求解時(shí)間設(shè)定為1 200 s，選擇瞬態(tài)模式進(jìn)行計(jì)算，模型其他計(jì)算參數(shù)見表2。

表2 數(shù)值模擬計(jì)算參數(shù) Table 2 Compute parameters of numerical model analysis

4 單孔注漿漿液擴(kuò)散規(guī)律分析

注漿工程中應(yīng)用最多的注漿理論是滲透注漿理論和劈裂注漿理論[19]，滲透注漿是指漿液在動(dòng)力源的輔助下，充填巖土體內(nèi)部的裂隙、孔隙，占據(jù)巖土體內(nèi)自由水和空氣的原有空間，一般不改變巖土體原有結(jié)構(gòu)特征。劈裂注漿則利用高壓，使?jié){液克服巖土層中的初始應(yīng)力及摩擦阻力，直接引起巖土體發(fā)生劈裂破壞，這樣能夠極大地?cái)U(kuò)展巖土體中內(nèi)部孔隙、裂隙網(wǎng)絡(luò)，為漿液流動(dòng)提供更多的流動(dòng)通道，提高巖土體的可注性。一般來說，注漿在砂石、土壤中更容易實(shí)施，因?yàn)樽{過程中伴生的節(jié)理和裂隙能夠?yàn)闈{液流動(dòng)提供通路，便于漿液的擴(kuò)散。但在巖體中進(jìn)行注漿相對(duì)于土體更為困難，這與圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)和破碎情況直接相關(guān)。巖石的破碎程度決定了注漿效果，并且圍巖壓力、水灰比、注漿壓力、注漿時(shí)間等因素對(duì)注漿效果也有不同程度的影響[20]。本節(jié)將詳細(xì)分析注漿時(shí)間、注漿壓力等因素對(duì)漿液擴(kuò)散的影響。

4.1 注漿時(shí)間對(duì)漿液擴(kuò)散的影響

圍巖內(nèi)漿液壓力隨著遠(yuǎn)離注入孔而逐漸衰減，注漿時(shí)間較短時(shí)(100 s)，漿液在圍巖內(nèi)部擴(kuò)散不充分，只擴(kuò)散至距離鉆孔表面約0.3 m處(圖6(a))；隨著注漿時(shí)間增加至1 000 s時(shí)，漿液擴(kuò)散至距離鉆孔表面約1.0 m處(圖6(b))。

圖6 1.0 MPa注漿壓力下不同時(shí)刻圍巖漿液 壓力分布等值線 Fig.6 Contour map of surrounding rock slurry pressure distribution at different times under 1.0 MPa grouting pressure

注漿前期壓力衰減迅速，隨著注漿時(shí)間延長漿液壓力衰減相對(duì)緩慢，并且在距鉆孔相同距離下，注漿時(shí)間越長，該處的漿液壓力越大，因此進(jìn)一步加大了漿液的擴(kuò)散半徑(圖7)。

圖7 不同注漿時(shí)間下漿液壓力衰減曲線 Fig.7 Attenuation curves of slurry pressure under different grouting time

但延長注漿時(shí)間并不能使?jié){液的擴(kuò)散半徑呈現(xiàn)較大程度地增加，注漿時(shí)間小于400 s時(shí)，漿液在圍巖內(nèi)得到迅速擴(kuò)散，而后漿液擴(kuò)散速率逐漸減小。特別是注漿時(shí)間超過800 s后，延長注漿時(shí)間對(duì)漿液擴(kuò)散半徑的增大效果并不明顯(圖8)。

圖8 1.0 MPa下漿液擴(kuò)散半徑隨注漿時(shí)間變化曲線 Fig.8 Change curve of slurry radius with grouting time under 1.0 MPa

4.2 注漿壓力對(duì)漿液擴(kuò)散的影響

在相同注漿時(shí)間下，隨著注漿壓力提高，漿液在圍巖內(nèi)部擴(kuò)散越充分，相應(yīng)的其擴(kuò)散半徑也越大(圖9～10)。而從漿液壓力衰減曲線來看，相同注漿壓力下，鉆孔表面附近漿液壓力衰減速度快，距鉆孔表面較遠(yuǎn)處漿液壓力衰減速度變得緩慢，直至達(dá)到孔隙水壓。在距鉆孔表面相同距離處，注漿壓力越大，其壓力衰減速度亦越快，卻仍保持著較高的注漿壓力，相應(yīng)的漿液的擴(kuò)散半徑越大。圖11也證明了提高注漿壓力能有效地增大漿液的擴(kuò)散半徑。不過當(dāng)壓力增高至一定值，對(duì)提高漿液擴(kuò)散半徑的效果減弱，且過高的注漿壓力可能造成頂板圍巖的進(jìn)一步破壞，不利于巷道維護(hù)。故針對(duì)此方案的合理注漿壓力應(yīng)為2.0～5.0 MPa，合理注漿時(shí)間為400～800 s。

圖9 不同注漿壓力下漿液壓力分布等值線 Fig.9 Contour map of slurry pressure distribution under different grouting pressure

圖10 不同注漿壓力下漿液壓力衰減曲線 Fig.10 Attenuation curves of slurry pressure under different grouting pressure

圖11 漿液擴(kuò)散半徑與注漿壓力變化曲線 Fig.11 Curves of grouting diffusion radius and grouting pressure

5 多孔注漿漿液擴(kuò)散規(guī)律分析

本節(jié)在第4節(jié)的基礎(chǔ)上研究注漿錨索間排距參數(shù)對(duì)漿液擴(kuò)散的影響，進(jìn)行多孔注漿漿液擴(kuò)散模擬，選擇注漿壓力為4.0 MPa，注漿時(shí)間為600 s。研究注漿錨索間距對(duì)漿液擴(kuò)散的影響時(shí)，只在數(shù)值計(jì)算模型Ⅰ上增加1個(gè)注漿鉆孔，兩孔間距分別設(shè)定為2.0，2.5，3.0，4.0 m；研究注漿錨索排距對(duì)漿液擴(kuò)散影響時(shí)，在數(shù)值計(jì)算模型Ⅱ的基礎(chǔ)上改變排距，設(shè)定排距分別為2，3 m，并考慮排距為2 m情況下布置5個(gè)注漿鉆孔(2+1+2)研究漿液擴(kuò)散的規(guī)律?？紤]到由于采動(dòng)應(yīng)力影響，巷道頂板滲透率并不一致，淺部滲透率較高而深部滲透率較低，造成漿液擴(kuò)散半徑不一致(圖12)。因此，針對(duì)注漿錨索排距參數(shù)對(duì)漿液擴(kuò)散影響的問題，只研究淺部圍巖的漿液擴(kuò)散。

由圖13可知，注漿時(shí)間t=100 s時(shí)，漿液僅在鉆孔附近進(jìn)行擴(kuò)散，擴(kuò)散半徑并不大，兩孔注漿壓力未出現(xiàn)重疊。而隨著注漿時(shí)間的延長，漿液擴(kuò)散半徑增大，在t=600 s時(shí)，漿液壓力出現(xiàn)重疊現(xiàn)象，表明漿液已在兩注漿鉆孔間貫通，圖14更加直觀地說明了這一點(diǎn)。

圖12 4 MPa注漿壓力下圍巖深淺部漿液擴(kuò)散半徑對(duì)比 Fig.12 Comparison of the diffusion radius of the slurry in the deep and shallow part of the surrounding rock under 4 MPa grouting pressure

圖13 錨索間距為2.0 m時(shí)不同時(shí)刻下注漿漿液 壓力分布等值線 Fig.13 Contour map of slurry pressure distribution with grouting anchor cable spacing of 2.0 m

圖14 注漿錨索間距為2.0 m時(shí)不同時(shí)刻下漿液擴(kuò)散半徑 Fig.14 Diffusion radius of grout when the distance between grouting cables is 2.0 m at different times

5.1 注漿錨索間距對(duì)漿液擴(kuò)散的影響

注漿錨索間距越小，兩孔中間漿液壓力分布出現(xiàn)更為集中的重疊現(xiàn)象，而靠近兩幫角漿液壓力擴(kuò)散范圍逐漸縮小(圖15)。通過漿液擴(kuò)散半徑對(duì)比發(fā)現(xiàn)，隨著注漿錨索間距增大，兩注漿鉆孔間形成的加固圈厚度逐漸減小，直至不再形成加固圈，間距2.0，2.5，3.0，4.0 m對(duì)應(yīng)的加固圈厚度分別為6.0，3.0，0.8，0 m。

圖15 不同間距下漿液壓力分布等值線 Fig.15 Contour map of slurry pressure distribution at different spacing

而實(shí)際上，兩幫角相對(duì)于巷道中心頂板而言，有兩側(cè)幫的支撐，其穩(wěn)定性相對(duì)較好，增大鉆孔間距擴(kuò)大了漿液在幫角的擴(kuò)散卻縮小了漿液在巷道頂板中心的擴(kuò)散(圖16)，這不利于頂板形成穩(wěn)定加固圈。為了更好地使?jié){液在兩注漿鉆孔間相互貫通以形成一定厚度的加固圈，同時(shí)保證頂板兩側(cè)圍巖具有較好的完整性，合理的排距應(yīng)該在2.5～3.0 m之間。當(dāng)頂板圍巖破碎時(shí)，適當(dāng)縮小注漿鉆孔間距，反之則適當(dāng)增大鉆孔間距。

圖16 不同間距下漿液擴(kuò)散半徑對(duì)比 Fig.16 Comparison of diffusion radius of slurry with different spacing

5.2 注漿錨索排距對(duì)漿液擴(kuò)散影響結(jié)果分析

圖17～18表明漿液從鉆孔表面呈圓形擴(kuò)散至圍巖內(nèi)部，在注漿時(shí)間較短時(shí)，漿液擴(kuò)散至以鉆孔為中心一定范圍內(nèi)，且漿液壓力分布并不重疊。而在注漿后期，漿液在各鉆孔間貫通達(dá)到了較大的擴(kuò)散半徑。注漿錨索排距為2.0 m時(shí)，在注漿時(shí)間為600 s的持續(xù)注漿下，漿液已完全擴(kuò)散至巷道寬度范圍，并沿巷道軸向方向形成了近5 m的加固范圍，僅4個(gè)鉆孔空間中心留有較小的未注漿區(qū)域；排距為3.0 m時(shí)，漿液可擴(kuò)散至巷道兩幫，但在4個(gè)鉆孔空間中心及巷道兩幫處仍留有較大面積的未注漿區(qū)域。由以上分析可知，越小的注漿錨索排距越利于漿液的擴(kuò)散，并在淺部頂板形成穩(wěn)定的加固圈。但過小的注漿錨索排距意味著在相同超前支護(hù)距離下，巷道頂板支護(hù)需要更多的注漿錨索及注漿材料，可能造成支護(hù)強(qiáng)度過大、經(jīng)濟(jì)成本過高。

圖17 注漿錨索排距為2.0 m時(shí)不同時(shí)刻下漿液 壓力分布等值線 Fig.17 Contour map of slurry pressure distribution with a row distance of 2.0 m at different times

圖18 不同排距下漿液擴(kuò)散半徑 Fig.18 Diffusion radius of slurry under different row spacing

圖19展示了每4 m布置5根注漿錨索時(shí)，漿液壓力分布及擴(kuò)散半徑情況。鉆孔布置排距為2 m，在漿液注入前期，以每個(gè)鉆孔為中心擴(kuò)散至一定范圍，漿液壓力分布并未重疊。在注漿后期，各鉆孔間漿液逐漸擴(kuò)散并貫通。其漿液壓力分布與擴(kuò)散半徑規(guī)律與本節(jié)上述結(jié)論基本一致。由圖19可知，此類注漿錨索布置利于漿液在頂板中心形成穩(wěn)定的加固圈，僅1排單孔布置范圍內(nèi)漿液無法擴(kuò)散至兩幫。而注漿錨索是在原有錨桿(索)支護(hù)形式上增加補(bǔ)強(qiáng)錨索、注漿加固的一種新型超前支護(hù)形式，一般是錯(cuò)開錨桿布置，能夠避免頂板在漿液未擴(kuò)散區(qū)域發(fā)生過大的收斂變形。因此，留有一定的未注漿區(qū)域，從生產(chǎn)安全的角度上是允許的。

6 結(jié) 論

(1) 漿液擴(kuò)散半徑隨注漿壓力增大、注漿時(shí)間延長而增大，但三者關(guān)系并不呈明顯的線性關(guān)系，而呈正相關(guān)關(guān)系；注漿錨索間排距制約著穩(wěn)定注漿加固圈的范圍和厚度，影響注漿效果。

圖19 “2-1-2”型鉆孔布置漿液壓力分布及擴(kuò)散半徑 Fig.19 Slurry pressure distribution and diffusion radius for "2-1-2" type borehole layout

(2) 注漿壓力為2～5 MPa，注漿時(shí)間為400～800 s，錨索間距為2.5～3.0 m，排距2～3 m。設(shè)計(jì)注漿錨索布置方案時(shí)需根據(jù)圍巖破碎及裂隙發(fā)育程度選擇合理的注漿壓力范圍并確定注漿時(shí)間。在滿足超前支護(hù)強(qiáng)度基本要求下，進(jìn)一步對(duì)注漿錨索的間排距進(jìn)行優(yōu)化，使?jié){液在巷道頂板得到較為充分地?cái)U(kuò)散以形成穩(wěn)定加固圈。

(3) 針對(duì)運(yùn)輸巷超前支護(hù)段，巷道頂板圍巖受支承壓力影響程度較輔助運(yùn)輸巷小，可適當(dāng)擴(kuò)大間排距；而輔助運(yùn)輸巷受疊加支承壓力影響，頂板圍巖裂隙更為發(fā)育，應(yīng)適當(dāng)縮小間排距，延長注漿時(shí)間。另外，當(dāng)注漿錨索間排距較小時(shí)，并不需要每個(gè)鉆孔都注漿，可參考以上數(shù)值模擬結(jié)果，鉆孔間隔注漿來形成穩(wěn)定加固圈。

(4) 采用注漿錨索主動(dòng)式超前支護(hù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了寸草塔二礦31204工作面回采巷道的有效超前支護(hù)，替代了超前段傳統(tǒng)的單體支柱及液壓支架支護(hù)形式。采用此方法減少了超前支護(hù)段工人數(shù)量，極大地降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，顯著改善了工作面超前段的安全環(huán)境；增大了巷道有效斷面，為受公路保護(hù)煤柱影響的變長度工作面的減架、增架提供了極大便利。此外，節(jié)約了單體支護(hù)成本，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。