掘進(jìn)巷道冒頂區(qū)域注漿封堵充填加固技術(shù)

李曉林，王 鑫

(山西新元煤炭有限責(zé)任公司，山西 陽泉 045000)

1 工程背景

陽煤集團(tuán)新元煤礦9號煤三采區(qū)位于3號煤一采區(qū)正下方，3號煤一采區(qū)已開采結(jié)束，采空區(qū)有少量積水，層間距平均45 m，可能通過底板導(dǎo)水裂隙以淋頭水方式進(jìn)入下層9號煤掘進(jìn)巷道內(nèi)。9301進(jìn)風(fēng)巷設(shè)計(jì)長度3 500 m，9301配風(fēng)巷設(shè)計(jì)長度3 350 m，巷道沿9號煤層由西北向東南方向掘進(jìn)，煤層均厚2.36 m，平均傾角5°，煤層埋藏深度為490 m，直接頂以泥巖為主，均厚2.5 m，老頂以砂質(zhì)泥巖為主，均厚5.6 m，直接底和老底基本以厚層砂質(zhì)泥巖為主。工作面采掘平面布置如圖1。

9301進(jìn)風(fēng)巷和配風(fēng)巷采用雙巷掘進(jìn)方式，巷道斷面為矩形，寬×高=5.2 m×3.2 m，采用錨桿+錨索+金屬網(wǎng)+鋼帶聯(lián)合支護(hù)方式，頂板每排布置6根錨桿，間排距為900 mm×1 100 mm；每2排錨桿間打設(shè)1排錨索，每排布置4根，錨索間排距為1 400 mm×1 100 mm。巷道兩幫均每排布置3根錨桿，錨桿間排距為1 000 mm×1 100 mm；幫錨索呈3花在每2排幫錨桿間交替布置，排距為1 100 mm。錨桿選用D22 mm×2 400 mm的螺紋鋼錨桿，錨索為D21.6 mm×8 300 mm的鋼絞線錨索。

9301進(jìn)風(fēng)巷開口掘至460 m時(shí)，通過礦壓觀測顯示，頂板壓力增大，頂板支護(hù)改為全錨索支護(hù)，縮小排距至900 mm，并支設(shè)T型棚。當(dāng)掘至480 m時(shí)，掌頭右?guī)晚敯蹇迓?，垮落為泥巖碎石塊并含有少量淋頭水，該位置正處于上層3號煤一采區(qū)開采結(jié)束后遺留煤柱壓力疊加區(qū)，頂板破碎，支護(hù)困難，故退機(jī)30 m，開聯(lián)絡(luò)橫貫，掘進(jìn)9301配風(fēng)巷，掘進(jìn)至9301進(jìn)風(fēng)巷頂板垮落水平位置時(shí)，頂板壓力增大，但并未出現(xiàn)頂板垮落現(xiàn)象，故通過煤柱疊加區(qū)50 m后開聯(lián)絡(luò)橫貫，返掘9301進(jìn)風(fēng)巷，掘至距9301進(jìn)風(fēng)巷正前垮落處10 m位置時(shí)停掘，采取注漿封堵加固頂板。

2 施工工藝

貫通方向從9301進(jìn)風(fēng)巷返頭向正前施工。貫通前先在9301進(jìn)風(fēng)巷正前壘墻注高水材料封堵正前。返頭施工鉆孔，注水泥漿充填垮落區(qū)域，待注漿帶壓后，停止注漿，施工中空注漿錨桿，注化學(xué)漿加固冒頂區(qū)域。最后縮小排距支護(hù)并支棚通過，直至貫通。如圖2所示。

2.1 正前壘墻注漿充填

在9301進(jìn)風(fēng)巷正前冒頂區(qū)域向西3 m的位置壘規(guī)格為：寬×高×厚為5.2 m×3.5 m×0.24 m的墻體，墻體頂部采用封堵材料封閉，在墻體外面0.2 m位置支設(shè)5根內(nèi)柱式單體液壓支柱，間距為1.2 m，然后用半圓木將墻體與單體液壓支柱背緊，在墻體內(nèi)注高水材料充填冒頂區(qū)。

注漿管選用D32 mm高壓膠管，鉆機(jī)氣動(dòng)注漿泵型號為2ZBQ210/4。注漿材料選擇高水材料，分甲、乙兩種主料，加甲、加乙兩種配料[1-2]。質(zhì)量配比為：甲料∶乙料∶加甲料∶加乙料=10∶10∶1∶1。

圖2 注漿封堵、充填、加固設(shè)計(jì)(mm)

2.2 返頭注水泥水玻璃漿充填

根據(jù)現(xiàn)場打鉆確定冒頂高度大約5.9～6 m。在9301進(jìn)風(fēng)巷返頭，用鉆頭直徑為42 mm的MQT-130氣動(dòng)錨索鉆機(jī)分別向冒頂區(qū)最高點(diǎn)、中部、底部施工3組鉆孔，鉆孔與巷道頂板的夾角分別為：30°、20°、5°，每組鉆孔包含3個(gè)鉆孔，鉆孔間距為1 600 mm、深度為13 000 mm。注普通硅酸鹽水泥+水玻璃雙液漿，水灰比為0.7∶1，水泥、水玻璃配比為1∶(0.2-0.3)，注漿管選擇直徑為20 mm的鐵管，壓力達(dá)到2～4 MPa的時(shí)候停泵(壓力根據(jù)現(xiàn)場情況確定)。

2.3 貫通區(qū)注漿錨桿化學(xué)漿加固

9301進(jìn)風(fēng)巷正前、返頭充填工作完畢后，在返頭按照30°的角度向上施工1排共計(jì)5套注漿錨桿加固，每套注漿錨桿長度為13 000 mm，間距1 100 mm。此次加固是為上述兩次充填后局部裂隙未充填實(shí)而采取的[3-4]。

施工機(jī)具選擇鉆頭直徑為42 mm的ZLJ-750礦用坑道鉆機(jī)1臺、YT-28風(fēng)鉆1臺，2ZBQ-5/15型氣動(dòng)雙液注漿泵1臺。注漿材料為化學(xué)漿，膨脹倍數(shù)1.02，水灰比1∶0.5～1∶1。

2.4 巷道貫通全錨索支護(hù)

前期充填加固結(jié)束后，凝固48 h，開始從9301返頭掘進(jìn)，支護(hù)工藝為全錨索支護(hù)，錨索長度變更為10 300 mm，排距為600 mm，并支設(shè)T型棚。

3 注漿加固效果

巷道貫通過程中，未出現(xiàn)頂板破碎及垮落現(xiàn)象，順利貫通。頂錨索拉力都達(dá)到51 MPa，滿足支護(hù)質(zhì)量要求。在貫通施工期間安設(shè)了1組觀測站，通過3個(gè)月的連續(xù)觀測，結(jié)果表明：巷道左幫最大形變量為26 mm，右?guī)妥畲笮巫兞繛?2 mm，兩幫累計(jì)移近量為48 mm，巷道頂板最大下沉量為23 mm，注漿加固達(dá)到了預(yù)期效果，保證了巷道的安全。

4 結(jié) 語

采用封堵、充填、加固的施工方式，較好地解決了掘進(jìn)巷道期間破碎頂板垮落等復(fù)雜地質(zhì)條件給施工帶來的困難，達(dá)到良好的加固效果，對類似條件施工提供了借鑒。