采區(qū)上山受采動影響條件下圍巖注漿加固實踐

唐國平

（汾西礦業(yè)集團(tuán)水峪煤業(yè)， 山西 孝義 032300）

采區(qū)上山指的是為構(gòu)成采區(qū)獨立的生產(chǎn)系統(tǒng)，沿煤層或煤層底板巖層開掘的一組上山巷道，在礦井巷道中屬于準(zhǔn)備巷道序列。采區(qū)上山是采區(qū)內(nèi)采掘工作的集中通道，作為煤炭、矸石和材料設(shè)備的運送、采區(qū)的進(jìn)風(fēng)和回風(fēng)、人員行走以及敷設(shè)管線之用。為便于快速掘進(jìn)、提前見煤、提高資源回收率，當(dāng)前礦井設(shè)計中采區(qū)上山巷道一般沿煤層掘進(jìn)，這也造成巷道圍巖條件差、支護(hù)難度大，且采區(qū)上山受服務(wù)范圍內(nèi)多個回采工作面的采動影響，對巷道圍巖的應(yīng)力擾動較大，巷道的后期維護(hù)難度大，如果維護(hù)不及時或措施不當(dāng)，容易導(dǎo)致圍巖破碎變形、巷道變形累積量增大、使用功能降低，并對安全生產(chǎn)造成較大威脅[1-3]。針對礦井東翼采區(qū)五條上山巷道受工作面采動影響時的維護(hù)工作進(jìn)行探討，基于具體的地質(zhì)生產(chǎn)條件及巷道圍巖破壞機理設(shè)計注漿加固方案并進(jìn)行工程實踐，并展開后期的圍巖變形實測。

1 工程概況及現(xiàn)場調(diào)研

礦井東翼采區(qū)共布置五條上山巷道，分別為1號回風(fēng)巷、輔運大巷、膠帶大巷、進(jìn)風(fēng)大巷、2號回風(fēng)巷，均沿3號煤層底板布置。東翼采區(qū)煤層平均厚度6.3 m，平均埋深達(dá)到580 m，煤層平均傾角4°，煤層裂隙發(fā)育，脆性較大。煤層直接頂為平均厚度2.6 m的泥巖，老頂為平均厚度4.3 m的細(xì)粒砂巖。巷道寬度4 800 mm，高度4 000 mm，采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)，巷道間均留設(shè)30 m的護(hù)巷煤柱。東翼采區(qū)工區(qū)面均采用走向長壁后退式采煤法，與采區(qū)大巷間留設(shè)80 m的巷道保護(hù)煤柱。

東翼采區(qū)工作面回采期間，當(dāng)鄰近工作面推進(jìn)至停采線附近時，采區(qū)大巷逐漸受到超前支承應(yīng)力的擾動，巷道逐漸出現(xiàn)巷道開裂、圍巖內(nèi)擠、斷面收縮等礦壓顯現(xiàn)情況，局部區(qū)域出現(xiàn)錨桿錨索拔斷、煤巖掉落、斷面變形嚴(yán)重等異常情況，嚴(yán)重威脅安全生產(chǎn)及巷道正常使用。根據(jù)五條采區(qū)上山的具體調(diào)研結(jié)果發(fā)現(xiàn)：距離工作面最近的輔運大巷受動壓擾動情況最嚴(yán)重，巷道變形情況嚴(yán)重，巷道修復(fù)及維護(hù)工作量較大，而距離工作面距離最遠(yuǎn)的2號回風(fēng)巷受動壓擾動情況較輕，巷道變形不大，維護(hù)工作量不大。需要對巷道受動壓影響區(qū)段進(jìn)行針對性的加固。

2 圍巖注漿加固機理

本采區(qū)巷道采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)方式，當(dāng)不受采動影響時，該支護(hù)方式對巷道圍巖控制效果較好，能夠?qū)ο锏肋M(jìn)行淺部圍巖的支護(hù)及加固，保證巷道的有效支護(hù)。當(dāng)巷道受采動影響時，支承壓力影響使巷道圍巖裂隙逐漸發(fā)育、淺部圍巖碎裂、圍巖自穩(wěn)能力大幅度降低，針對這種現(xiàn)狀，對采區(qū)上山巷道提出了“淺部—深部”圍巖耦合注漿加固方案[4-6]。

該注漿方案的加固機理在于：首先對需要維修或加固的巷道區(qū)段進(jìn)行巷道修復(fù)，工作內(nèi)容包括挑頂、臥底、擴幫，將巷道斷面恢復(fù)到設(shè)計規(guī)格，并對修復(fù)后的巷道進(jìn)行表層噴漿支護(hù)及封閉，作用是對巷道進(jìn)行噴漿支護(hù)及對煤巖裂隙進(jìn)行全部封堵，為后續(xù)的注漿工作奠定基礎(chǔ)；其次布置深度較小的注漿管進(jìn)行圍巖淺部注漿，控制注漿壓力，增大注漿密度，目的是通過注漿封堵淺部圍巖內(nèi)部的裂隙、孔隙、各類通道，將淺部圍巖膠結(jié)成一個整體，提高淺部圍巖的自穩(wěn)能力，為后續(xù)的深孔注漿打好基礎(chǔ)；第三步是布置深度較大的注漿管進(jìn)行圍巖深部注漿，提高注漿壓力，使?jié){液充分注入深部圍巖的裂隙，提高圍巖的內(nèi)聚力及內(nèi)摩擦角等參數(shù)，從而提高深部圍巖強度，使其達(dá)到充分的自穩(wěn)能力及承載能力，從而實現(xiàn)圍巖的穩(wěn)定性和巷道的有效加固支護(hù)。

3 注漿加固方案設(shè)計及實踐

在巷道原有錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)的基礎(chǔ)上，首先對需要維修或加固的巷道區(qū)段進(jìn)行巷道修復(fù)，工作內(nèi)容包括挑頂、臥底、擴幫，將巷道斷面恢復(fù)到設(shè)計規(guī)格，然后進(jìn)行噴漿及注漿加固支護(hù)。具體的注漿加固方案如下：巷道修復(fù)完成后，先進(jìn)性巷道表層噴漿支護(hù)，采用濕式噴漿工藝，噴漿厚度50～60 mm，確保噴漿對巷道表面的全覆蓋及均勻性，不得漏噴或噴漿厚度不足；其次對巷道進(jìn)行淺部注漿，淺部注漿通過向巷道頂板及兩幫打設(shè)注漿錨桿并安裝注漿管來實現(xiàn)，注漿錨桿為中空，長1.5 m，管徑為Φ26.25 mm，頂板布置2個注漿管，兩幫各布置1個注漿管，注漿管排距3 m，注漿壓力1.5～2.0 MPa，注漿使用P.O32.5普通硅酸鹽水泥，水灰質(zhì)量比控制在1.5∶1，當(dāng)注漿壓力升至約2.5 MPa或出現(xiàn)明顯跑漿鼓漿時停止該孔注漿；第三，待淺部注漿達(dá)到終凝時間后開始進(jìn)行深部注漿，深孔注漿錨桿長2.6 m，管徑為Φ26.25 mm，頂板布置1個注漿管，兩幫各布置1個注漿管，注漿管排距3 m，注漿壓力2.5～3.0 MPa，注漿使用P.O32.5普通硅酸鹽水泥，水灰質(zhì)量比控制在1.5∶1，當(dāng)注漿壓力升至約3.5 MPa或出現(xiàn)明顯跑漿鼓漿時停止該孔注漿。

其他注漿參數(shù)、封孔措施、注漿工藝、相關(guān)的注漿安全技術(shù)措施等本文不再贅述。注漿完成至臨近2105工作面回采結(jié)束，在各條上山中布置測站對巷道圍巖變形情況進(jìn)行實測，觀測結(jié)果表明：在修復(fù)及注漿工作完成后，未受采動應(yīng)力影響前，巷道頂?shù)装逡平靠刂圃?0 mm以內(nèi)，兩幫移近量控制在6 mm以內(nèi)，圍巖變形量基本未發(fā)展；當(dāng)臨近2105工作面逐漸推采至停采線，采區(qū)上山巷道進(jìn)入80～120 m的超前支承應(yīng)力影響范圍后，巷道變形量開始增長加速，觀測的五條上山巷道中最大的頂?shù)装逡平窟_(dá)到近50 mm，兩幫移近量最大達(dá)到65 mm，且靠近工作面的巷道左幫處變形量增長更為明顯。巷道礦壓觀測結(jié)果表明：巷道圍巖變形量增長不大，整體處于穩(wěn)定及安全使用狀態(tài)。

4 結(jié)語

采區(qū)上山巷道由于服務(wù)年限久，且容易受到工作面回采的采動應(yīng)力影響，其巷道支護(hù)、維護(hù)工作至關(guān)重要，本文針對某礦東翼采區(qū)的具體地質(zhì)生產(chǎn)條件，在現(xiàn)場調(diào)研及研究注漿加固機理的基礎(chǔ)上，對五條上山巷道的維護(hù)設(shè)計了針對性的表面噴漿及“淺部—深部”圍巖耦合注漿加固方案，并進(jìn)行了現(xiàn)場工程實踐及后續(xù)的礦壓觀測，實現(xiàn)了正常期間尤其是采動影響條件下對巷道圍巖的有效控制，實現(xiàn)了安全生產(chǎn)。