松軟破碎巷道圍巖注漿加固技術(shù)研究

李 強

（山西煤炭運銷集團四通煤業(yè)有限公司， 山西 臨汾 041000）

隨著礦井煤炭開采深度增加，回采巷道掘進(jìn)過程中受地質(zhì)構(gòu)造、地應(yīng)力等影響更為凸顯，特別是巷道掘進(jìn)至地質(zhì)構(gòu)造影響區(qū)，巷道掘進(jìn)會導(dǎo)致破碎圍巖原有的應(yīng)力平衡狀態(tài)，往往出現(xiàn)圍巖變形量過大、控制困難問題，甚至出現(xiàn)頂板冒落安全事故。現(xiàn)階段礦井回采巷道圍巖支護(hù)常采用錨桿索方式或者架棚方式，但是當(dāng)巷道掘進(jìn)范圍內(nèi)為松軟破碎圍巖時，上述支護(hù)方式難以滿足圍巖控制需求，常出現(xiàn)錨桿索失效、架棚彎曲變形等問題，為確保巷道掘進(jìn)以及后續(xù)使用安全，需要針對松軟破碎巷道圍巖特點采取針對性的注漿加固措施。山西某礦7 號煤層運輸巷在掘進(jìn)至地質(zhì)構(gòu)造帶時，圍巖呈現(xiàn)出松軟、破碎特征，為此文中針對性巷道現(xiàn)場實際特點，提出采用復(fù)合材料對圍巖進(jìn)行注漿加固，有效提高了松軟破碎圍巖巷道穩(wěn)定性以及承載能力，為礦井高效生產(chǎn)奠定了良好基礎(chǔ)。

1 工程概況

山西某礦20705 運輸巷為7 號煤層運輸巷，巷道沿著7 號煤層底板掘進(jìn)，巷道主要服務(wù)于煤炭運輸、通風(fēng)以及行人等工作，巷道設(shè)計斷面為直墻半圓拱型，凈高3.7 m、凈寬4.2 m，采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)工藝。7 號煤層為現(xiàn)階段礦井主采煤層，煤層厚度均值5.02 m，煤層賦存穩(wěn)定，局部區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育。根據(jù)已有地質(zhì)資料顯示，20705 運輸巷在掘進(jìn)過程會揭露有陷落柱、斷層等多種地質(zhì)構(gòu)造，在地質(zhì)構(gòu)造影響區(qū)內(nèi)運輸巷圍巖為松軟破碎圍巖，具體巷道掘進(jìn)位置示意圖見圖1 所示。運輸巷在現(xiàn)有的支護(hù)方式下出現(xiàn)圍巖變形量較大問題，現(xiàn)場監(jiān)測發(fā)現(xiàn)巷道頂?shù)装濉⑾飵妥畲笞冃瘟糠謩e為980 mm、1 356 mm，給巷道使用安全帶來一定威脅。

圖1 20705 運輸巷位置示意圖

2 圍巖注漿加固

2.1 破碎圍巖注漿加固機理

對松軟破碎巖體進(jìn)行注漿加固后，可提高巖體穩(wěn)定性以及強度，具體可將注漿加固效果提高巖體承載能力、為錨桿提供穩(wěn)定及可靠錨固端、在破碎巖體內(nèi)形成支撐骨架。注漿可有效提高松軟破碎巖體的內(nèi)摩擦角以及粘聚力，并提升壓力拱整體穩(wěn)定性，確保巷道圍巖穩(wěn)定；注漿后可為錨桿提供較為穩(wěn)定的錨固端，提高錨桿支護(hù)效果?，F(xiàn)有研究表明，錨桿施工完成后進(jìn)行注漿加固，可將錨桿由以往端錨變?yōu)槿^，不僅提高錨桿支護(hù)效果而且有助于強化巷道淺部巖體承載能力。具體端錨、注漿端錨兩種方式圍巖支護(hù)效果見圖2 所示。

圖2 端錨、注漿端錨圍巖支護(hù)效果對比圖

注漿漿液在破碎巖體裂隙內(nèi)擴展形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不僅可改善圍巖強度而且有利于對圍巖進(jìn)行支撐。

2.2 注漿加固方案

在20705 運輸巷掘進(jìn)至圍巖松軟破碎范圍內(nèi)時，采用復(fù)合材料對圍巖進(jìn)行注漿加固。采用的復(fù)合注漿材料參數(shù)包括有水泥、JCT-2 復(fù)合劑、JCT-3 復(fù)合劑，具體注漿材料中水、水泥、JCT-2 復(fù)合劑、JCT-3 復(fù)合劑配比（質(zhì)量比）分別為1∶0.85∶0.15∶1.5。根據(jù)20705 運輸巷松軟破碎圍巖現(xiàn)場實際情況，對巷道頂部、肩部以及巷幫等位置均布置注漿孔，并為便于后續(xù)注漿鉆孔施工將注漿鉆孔孔深統(tǒng)一設(shè)計為3.0 m。

注漿壓力會直接影響注漿量以及注漿效果，根據(jù)現(xiàn)場注漿采用的復(fù)合材料性能，為確保注漿加固過程中不會出現(xiàn)注漿壓力過大導(dǎo)致圍巖劈裂情況，將注漿壓力最終確定為2～4 MPa。

注漿鉆孔按照3 m 排距布置，一個斷面布置5 個鉆孔，其中頂孔、肩部孔以及巷幫鉆孔數(shù)分別為1 個、2 個、2 個。頂孔垂直頂板布置、肩部孔向上斜插50°、巷幫鉆孔垂直巷幫布置。具體巷道斷面注漿鉆孔布置見圖3 所示。

圖3 注漿鉆孔布置示意圖（mm）

鉆孔注漿時注漿量可依據(jù)下述經(jīng)驗公式確定：

式中：Q 表示巷道每米注漿量，m3；λ 為注漿期間漿液損失系數(shù)，取1.4；η 為圍巖孔隙率，取值1%～5%；ρ 為注漿漿液密度，取1 585 kg/m3；β 充填系數(shù)，取0.6；L為加固范圍，3 m；h 為巷道直墻高度，取1.5 m；b 為巷道拱形長度，取值6.6 m。

將上述參數(shù)帶入到公式（1）中就即可求得Q=1 150 kg。設(shè)計的注漿鉆孔間距為3.0 m，即巷道3 m 距離布置5 個注漿孔，注漿時按照1.3 富裕系數(shù)，則單個鉆孔注漿量約為897 kg。

2.3 注漿控制

在20705 運輸巷掘進(jìn)至圍巖松軟破碎帶時，設(shè)計的注漿加固過程：注漿鉆孔施工、封孔、注漿、停注、移至下一鉆孔注漿。依據(jù)運輸巷現(xiàn)場實際情況，注漿采用間隔注漿方式，注漿時先對巷道左幫4 排鉆孔進(jìn)行注漿，后對巷道右?guī)? 排注漿孔進(jìn)行注漿，最后對巷道頂孔進(jìn)行注漿，待12 m 范圍內(nèi)鉆孔全部注漿完畢后再進(jìn)行后續(xù)一段鉆孔注漿。

3 破碎圍巖注漿加固效果分析

注漿加固為隱蔽工程，注漿效果無法直觀從巷道表層觀察獲取，為此，提出使用鉆孔窺視技術(shù)對松軟破碎圍巖注漿效果進(jìn)行考察。在注漿加固區(qū)域施工窺視鉆孔，采用型號CXK12 窺視儀進(jìn)行窺視，具體不同窺視深度內(nèi)裂隙充填效果見圖4 所示。

圖4 不同窺視深度內(nèi)裂隙充填效果

從圖4 中看出，在注漿加固范圍內(nèi)，圍巖孔隙被注漿漿液充填，圍巖穩(wěn)定性得以明顯提升。

對注漿加固區(qū)域內(nèi)圍巖變形進(jìn)行為期30 d 監(jiān)測，期間頂?shù)装逡约皟蓭妥冃瘟烤^小，分別為38 mm、15 mm，圍取得較好圍巖控制效果。

4 結(jié)論

20705 運輸巷掘進(jìn)至地質(zhì)構(gòu)造影響范圍內(nèi)時圍巖為松軟破碎巖體，巷道采用的錨網(wǎng)索支護(hù)方式存在圍巖變形量大、部分支護(hù)結(jié)構(gòu)失效等問題，無法滿足巷道圍巖控制需要。為此，提出采用注漿方式對松軟破碎巖體進(jìn)行加固。依據(jù)巷道現(xiàn)場實際情況對注漿加固方案進(jìn)行設(shè)計，現(xiàn)場應(yīng)用后注漿漿液可有效提高松軟破碎巖體強度、提高破碎巖體承載能力以及穩(wěn)定性，并將巷道頂?shù)装寮皟蓭妥冃瘟糠謩e控制在38 mm、15 mm 以內(nèi)。