地質(zhì)構(gòu)造區(qū)巷道錨網(wǎng)索支護(hù)聯(lián)合注漿加固技術(shù)

李鵬俊

(潞安環(huán)能股份公司 王莊煤礦，山西 長(zhǎng)治 046031)

1 工程背景

王莊煤礦8107運(yùn)輸巷掘進(jìn)至距開口600 m左右，即過向斜軸部后的上坡段，多次出現(xiàn)了板炮聲，隨后發(fā)生了冒頂現(xiàn)象。超前探鉆孔顯示，正前方70 m范圍內(nèi)煤體破碎。卸壓孔施工過程中，鉆孔深度超過10 m后鉆進(jìn)較困難，經(jīng)窺視發(fā)現(xiàn)前方煤體酥松破碎，裂隙十分發(fā)育，多為橫向裂隙，多處出現(xiàn)1 cm左右裂隙，存在一處5 cm縱向裂隙，為保證巷道安全順利通過該異常區(qū)，首先利用鉆孔進(jìn)行卸壓處理，然后針對(duì)該破碎區(qū)進(jìn)行循環(huán)頂板及兩幫超前預(yù)注漿加固，采用邊卸壓邊注漿邊掘進(jìn)的方式掘進(jìn)確保掘進(jìn)安全。

2 高分子化學(xué)注漿加固機(jī)理

1) 漿液固結(jié)體的網(wǎng)絡(luò)骨架作用。固結(jié)材料以其良好的韌性和粘結(jié)強(qiáng)度起到骨架作用，提高圍巖的殘余強(qiáng)度，限制圍巖破壞的擴(kuò)展，從而改善圍巖狀況[1-2]。

2) 充填壓密及轉(zhuǎn)變圍巖破壞機(jī)制的作用。可將裂隙附近的巖體從二向應(yīng)力狀態(tài)變?yōu)槿驊?yīng)力狀態(tài)，從而起到轉(zhuǎn)變巖體破壞機(jī)制和提高圍巖強(qiáng)度的作用[3]。

3) 提高圍巖體強(qiáng)度。注漿能夠提高裂隙與煤巖體之間的粘聚力和內(nèi)摩擦角,增大巖體內(nèi)部塊間相對(duì)位移的阻力,從而提高煤巖體的整體穩(wěn)定性[4]。

4) 形成承載結(jié)構(gòu)。注漿加固可使松散煤巖體重新膠結(jié)成整體,形成承載結(jié)構(gòu),充分發(fā)揮煤巖體的自穩(wěn)能力[5]。

5) 改善賦存環(huán)境。破碎煤巖體經(jīng)注漿加固，提高了煤巖體整體性能[6]。

3 高分子化學(xué)注漿聯(lián)合支護(hù)方案

3.1 注漿加固方案

1) 注漿材料。晉安加固Ⅰ號(hào)是一種低粘度，雙組分合成高分子聚亞膠脂材料，具有柔韌性良好、反應(yīng)迅速、不溶于水、膨脹率高、施工用量小等特性；采用高壓灌注，樹脂和催化劑進(jìn)行反應(yīng)，受壓推擠，注入到煤巖層，可沿煤巖層裂縫延展至所有裂隙被充填滿；粘度低，能很好地滲入細(xì)小的裂縫中；具有極好的粘合能力與地層形成很強(qiáng)的粘合；其良好的柔韌性能承受隨后的地層運(yùn)動(dòng)；可與水反應(yīng)并封閉水流；能提高地層的支撐力[7]。

2) 注漿孔位置及參數(shù)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)巷道破碎裂隙發(fā)育情況，確定注漿擴(kuò)散半徑約為1.5 m，再根據(jù)注漿擴(kuò)散半徑在巷道頂板及左右兩幫部布置注漿孔；并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況適當(dāng)調(diào)整注漿參數(shù)，排拒為3～6 m(如圖)。

圖1 注漿鉆孔布置斷面/m

頂板鉆孔布置：頂板每排3個(gè)孔，間排距3 m，頂板中間孔向掘進(jìn)迎頭方向偏斜35°，頂板兩邊眼像兩幫方向偏斜25°、向掘進(jìn)迎頭方向偏斜35°，鉆孔深度6 m，孔徑為42 mm，封孔深度2 m，單孔注漿量20～30桶。

兩幫鉆孔布置：兩幫上部注漿孔距頂板1 m，與水平夾角為25°，下部注漿孔沿水平方向，距底板1.5 m，兩孔孔深6 m，上下兩孔均向掘進(jìn)迎頭方向偏斜35°，孔徑為42 mm。兩排孔之間的排間距為3 m，單孔注漿量30～40桶。

3) 注漿設(shè)備及配件。注漿設(shè)備選用氣動(dòng)雙液化學(xué)注漿泵，配件有環(huán)向膨脹式封孔器(圖2)、雙液注射混合槍(圖3)、注漿管等。

圖2 環(huán)向膨脹式封孔器及工作原理

圖3 雙液注射混合槍

4) 注漿工藝過程。

圖4 注漿工藝流程

3.2 聯(lián)合支護(hù)方案

8107運(yùn)輸巷迎頭煤體酥軟破碎有裂隙，提出采用錨索+錨桿+單體柱大板棚+噴漿聯(lián)合支護(hù)方案。頂板支護(hù)：采用D22 mm×L9 300 mm錨索6根加強(qiáng)支護(hù)，間排距為900 mm×800 mm，巷道兩幫按照間排距1 000 mm×800 mm，布置4根錨桿，兩幫錨索加強(qiáng)支護(hù)打設(shè)5.3 m的大孔徑預(yù)應(yīng)力錨索，錨索布置方式為“2-2-2”，上下部錨索分別用D14 mm×3 600 mm×80 mm圓鋼焊制雙筋雙梁鋼筋梯子梁十字交叉連接。

4 礦壓觀測(cè)結(jié)果

為了監(jiān)測(cè)、分析巷道圍巖控制效果，在地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域巷道設(shè)置三組測(cè)站。通過分析60 d的礦壓觀測(cè)數(shù)據(jù)(圖5)得出，采用晉安加固I號(hào)高分子化學(xué)材料注漿加固后，其中頂?shù)装逡平孔畲鬄?30 mm，兩幫移近量最大為110 mm，巷道成型較好，未出現(xiàn)冒頂現(xiàn)象，可見采用晉安加固I號(hào)高分子化學(xué)材料注漿加固與聯(lián)合支護(hù)能夠有效地控制復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造區(qū)的巷道圍巖變形。

圖5 巷道掘進(jìn)期間巷道表面位移觀測(cè)數(shù)據(jù)

5 結(jié) 語

8107運(yùn)輸巷掘進(jìn)工程實(shí)踐證明，應(yīng)用晉安加固Ⅰ號(hào)高分子化學(xué)材料加固，采用錨索+錨桿+單體柱大板棚+噴漿聯(lián)合支護(hù)，極其有效地改變煤巖體的破碎、松散結(jié)構(gòu)，提高復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造區(qū)掘進(jìn)施工安全性，進(jìn)而提高了掘進(jìn)施工速度，保證正常的采掘接替，值得在相似地質(zhì)條件礦井的掘進(jìn)施工中應(yīng)用。