耿村煤礦松軟破碎煤巷壁后注漿加固技術(shù)研究

摘 要：耿村煤礦12240上巷掘進(jìn)工作面頂?shù)装寮皫筒克绍浧扑椋掖┻^多條斷層構(gòu)造，掘巷期間圍巖變形較嚴(yán)重。為控制圍巖變形及改善圍巖承載能力，對(duì)巷道圍巖進(jìn)行混凝土噴層、圍巖注漿結(jié)合注漿錨索聯(lián)合支護(hù)的壁后注漿加固技術(shù)。工程實(shí)踐表明，壁后注漿加固技術(shù)有效控制圍巖變形，并取得良好經(jīng)濟(jì)技術(shù)效果。

關(guān)鍵詞：巷道支護(hù)；松軟破碎；注漿；注漿錨索

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.14.025

1 工程地質(zhì)背景

耿村煤礦12240上巷掘進(jìn)工作面巷道埋深約為500m。12240上巷直接頂為灰黑色泥巖或泥巖、細(xì)砂巖互層，厚約30m；巷道底板為炭質(zhì)泥巖或砂質(zhì)泥巖，厚約2.3m。12240上巷穿過多條斷層，掘進(jìn)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。設(shè)計(jì)的巷道斷面為半圓拱形，巷道斷面（圖1）毛寬6000mm。原頂板控制采用“錨桿、錨索、網(wǎng)、鋼帶、混凝土噴層”聯(lián)合支護(hù)。其中，選用的錨桿為BHRB335號(hào)22×2400 mm左旋無樅筋高強(qiáng)錨桿，樹脂錨固劑為MSK2335型樹脂錨固劑，預(yù)應(yīng)力為70KN。采用的錨索規(guī)格為18.9×6300mm錨索，樹脂錨固劑為5卷MSK2335型樹脂錨固劑，預(yù)應(yīng)力120KN。錨桿間排距900×1000mm，每排12根；錨索間排距1800×2000mm，金屬網(wǎng)孔寬為100mm。

由于巷道頂?shù)装宥酁槟鄮r，巷道兩幫煤層松軟，且巷道穿過多條斷層，掘巷期間圍巖變形較大，且局部巷道幫部出現(xiàn)片幫、坍塌等，進(jìn)一步削弱錨桿主動(dòng)支護(hù)。因此對(duì)12240工作面進(jìn)行混凝土噴層結(jié)合圍巖注漿、注漿錨索對(duì)巷道圍巖進(jìn)行加固，達(dá)到控制圍巖在巷道服務(wù)年限內(nèi)穩(wěn)定可控的目的。

2 注漿加固機(jī)理

（1）采用漿液填充圍巖的縫隙后使得圍巖變的完整來提高圍巖強(qiáng)度，提高巖體內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角、彈性模量等力學(xué)參數(shù)，改善圍巖二次應(yīng)力分布，增強(qiáng)圍巖的自承載能力，從而圍巖的破壞程度減弱。

（2）漿液填充縫隙，使得承受力面積增加，降低圍巖產(chǎn)生在支護(hù)構(gòu)件上局部的集中應(yīng)力，使錨桿托盤、工字鋼梁等支護(hù)構(gòu)件承載的負(fù)荷更充分均勻。通過圍巖注漿，可填充巷道頂板的松軟破碎區(qū)域，尤其是頂幫角處（承受高剪應(yīng)力的剪切破壞區(qū)域）與頂板拉裂隙區(qū)域，增強(qiáng)頂板的連續(xù)性，使頂板圍巖應(yīng)力可以傳送到幫部。

3 壁后注漿工藝

3.1 混凝土噴層支護(hù)

在巷道幫部及頂板采用混凝土噴層支護(hù)，混凝土噴層厚度50-80mm，在圍巖破碎區(qū)域加厚?；炷敛牧嫌善胀ü杷猁}水泥、中砂或細(xì)砂、鵝卵石或碎石、水、速凝劑混合而成；比例為水泥∶砂子∶石子=1∶2∶2。初噴時(shí)應(yīng)適當(dāng)減少石子摻量，保證與圍巖有效粘結(jié)，水灰比控制在0.4-0.5范圍內(nèi)。速凝劑的摻量約為水泥重量的0.025-0.04倍，控制初凝時(shí)間在3-5min，最終凝固時(shí)間小于10min。

3.2 圍巖注漿

注漿孔布置示意如圖2所示：每個(gè)斷面布置6個(gè)注漿鉆孔，孔間距2000mm，排距3600mm，鉆孔深度6000mm。用型號(hào)為ZQJJ-200/1.8型鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔作業(yè)，具體實(shí)施過程為：（1）用半徑60mm的鉆頭鉆孔1-2m，然后放入長(zhǎng)1000mm，直徑110mm的管子；（2）用半徑為37.5mm鉆頭再向前鉆進(jìn)4-5m達(dá)到預(yù)先設(shè)計(jì)的終孔位置。漿液水灰比例為1：0.5～1：1，填充壓力為3～4MPa。假如巷幫煤體破碎程度嚴(yán)重，可使用錨機(jī)鉆1500mm的淺孔并安裝管道（管口半徑12.5mm、長(zhǎng)0.6m，填充壓力1-2MPa），實(shí)施低壓注漿，再進(jìn)行深部注漿進(jìn)行加固。

3.3 注漿錨索施工工藝

巷道掘進(jìn)至揭露斷層附近時(shí)，頂?shù)装寮皫筒繃鷰r破碎程度嚴(yán)重，采用注漿錨索進(jìn)行加固。注漿錨索布置如圖3所示，每排7根注漿錨索，間排距1800mm×1800mm；錨索軸向垂直于圍巖表面，偏差不大于10°；預(yù)緊力不小于280kN。注漿錨索規(guī)格為18.9×6300mm，注漿托盤規(guī)格為300×300×14mm高強(qiáng)度可調(diào)心托板，高度大于60mm，承載強(qiáng)度400kN，注漿孔直徑18mm。注漿錨索錨固長(zhǎng)度1800mm。

3.4 注漿加固效果分析

分析硐室圍巖變形曲線和變形速度曲線可知，對(duì)硐室注入漿液進(jìn)行加固，第三天達(dá)到最大值，兩邊移近速度為（11.5mm/d），頂板下沉速度為（8.6mm/d），底板底臌速度為（5mm/d），兩邊移近量為98m，頂板下沉量為69mm，底板底臌量為38mm。巷道修復(fù)約30d后趨于穩(wěn)定。根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)可知，12240上巷經(jīng)過壁后注漿后，圍巖變形得到顯著控制，并取得良好經(jīng)濟(jì)技術(shù)效果。

4 結(jié)論

壁后注漿可提高圍巖強(qiáng)度，改善圍巖二次應(yīng)力分布，增強(qiáng)圍巖的自承載能力。漿液填充圍巖縫隙后可增大了流體在巖體中運(yùn)移的阻力，達(dá)到降低圍巖滲透性的目的。同時(shí)通過改善淺部圍巖變形使得錨桿錨索等支護(hù)構(gòu)件在圍巖表面受力更加均勻，增強(qiáng)錨桿、錨索的主動(dòng)承載能力。12240上巷經(jīng)采用混凝土噴層、圍巖注漿結(jié)合注漿錨索聯(lián)合支護(hù)的壁后注漿加固后，圍巖變形得到顯著控制，并取得良好經(jīng)濟(jì)技術(shù)效果。

作者簡(jiǎn)介：杜鵬濤，男，河南南陽(yáng)人，工程師，現(xiàn)任河南能源耿村煤礦綜掘一隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)。