不穩(wěn)定圍巖巷道綜合加固技術(shù)研究

武慶虎

（山西晉汾新天綜合服務(wù)有限責(zé)任公司，山西 孝義 032300）

引言

隨采深增加，導(dǎo)致煤層賦存條件更趨復(fù)雜，部分礦井掘進(jìn)巷道圍巖呈現(xiàn)出巖性差、承載能力低等問題，導(dǎo)致巷道圍巖變形量較大，制約巷道正常使用[1-3]。為此，眾多的研究學(xué)者對上述類型不穩(wěn)定圍巖加固控制展開研究，其中楊永剛等[4]對依據(jù)巖層分布以及巖性對巷道布置層位進(jìn)行確定，并提出采用高強(qiáng)度組合錨索對巷道圍巖進(jìn)行控制，滿足了巷道后續(xù)使用需要；李樹清[5]針對斜嶺煤礦深部開采圍巖變形量大、控制困難等問題，提出采用淺孔+深孔相結(jié)合的多步注漿方式加固圍巖，控制了巷道圍巖變形；張繼[6]采用數(shù)值模擬技術(shù)方法對王莊礦巷道掘進(jìn)期間以及回采期間圍巖應(yīng)力分布進(jìn)行分析，選用高水材料作為注漿加固材料，通過淺孔+中空注漿錨索向巷道圍巖進(jìn)行注漿，提高了巷道圍巖自身承載能力以及穩(wěn)定性。上述研究成果為不穩(wěn)定圍巖控制提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)接近。本文以山西某礦東翼膠帶巷圍巖控制為工程背景，針對圍巖不穩(wěn)定、巷道變形量大問題，提出采用圍巖注漿、表層噴漿以及預(yù)應(yīng)力錨索相結(jié)合方式支護(hù)圍巖，現(xiàn)場取得顯著圍巖控制效果。

1 工程概況

山西某礦現(xiàn)階段開拓工作主要集中在礦井東翼，開采煤層包括有3#、5#、9#以及11#等煤層，現(xiàn)回采淺部3#及5#煤層。東翼膠帶巷沿5#煤層掘進(jìn)，矩形斷面（凈寬×凈高=為5 000 mm×3 800 mm），圍巖支護(hù)采用錨網(wǎng)索方式。

5#煤層強(qiáng)度較低同時(shí)煤體內(nèi)裂隙發(fā)育，頂?shù)装鍨樯百|(zhì)泥巖、泥巖，穩(wěn)定性及承載能力較差。東翼軌道巷在掘進(jìn)支護(hù)完成后，巷道圍巖呈現(xiàn)出變形不收斂、變形量較大等問題，巷道需要頻繁的進(jìn)行修整，給后續(xù)使用帶來較大制約。

2 巷道圍巖綜合加固技術(shù)

2.1 巷幫預(yù)注漿加固

在巷幫施工鉆孔對煤體內(nèi)裂隙發(fā)育以及破碎情況進(jìn)行探測，從窺視結(jié)果發(fā)現(xiàn)巷幫破壞區(qū)深度在4 m～5 m，由于巷幫使用的錨桿長度僅為2.4 m，從而導(dǎo)致巷幫容易出現(xiàn)變形，巷道后期修整刷擴(kuò)期間容易導(dǎo)致片幫發(fā)生。為此，提出在對巷幫修整前采用預(yù)注漿方式提高巷幫煤體強(qiáng)度以及穩(wěn)定性。具體巷幫預(yù)注漿鉆孔布置，如圖1 所示，巷幫注漿孔布置2 排，呈三花眼布置形式，上排、下排鉆孔距離頂板、底板間距均為0.9 m，鉆孔間間距為6.0 m、孔深為6.0 m，鉆孔均垂直煤壁施工，鉆孔孔徑為42 mm。

圖1 巷幫預(yù)注漿鉆孔布置示意圖（單位：m）

注漿采用聯(lián)邦加固雙液注漿料，水灰質(zhì)量比0.6～0.8∶1，當(dāng)巷幫破碎時(shí)可適當(dāng)降低水灰比；當(dāng)巷幫煤體內(nèi)裂隙不發(fā)育、注漿困難時(shí)則適當(dāng)增加水灰比。鉆孔封堵長度設(shè)計(jì)為0.5 m～0.8 m，封孔時(shí)材料水灰質(zhì)量比建議為0.6～0.7∶1。具體巷幫注漿加固工藝系統(tǒng)，如圖2 所示。

圖2 巷幫注漿加固工藝系統(tǒng)圖

2.2 巷幫刷擴(kuò)

對巷幫進(jìn)行預(yù)注漿加固后，為確保巷道使用要求，需要對巷幫進(jìn)行刷擴(kuò)。現(xiàn)場刷擴(kuò)時(shí)依據(jù)圍巖變形破壞情況選擇采用人工風(fēng)鎬、掘進(jìn)機(jī)等進(jìn)行，確保刷擴(kuò)后巷道斷面滿足使用需求[7-8]。

對巷幫刷擴(kuò)完成后重新對巷幫錨索進(jìn)行張拉，以便對巷幫進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)。巷幫原錨索張拉完成后在巷幫上采用鋼筋網(wǎng)（鋼筋直徑6.5 mm）進(jìn)行護(hù)表，鋼筋網(wǎng)網(wǎng)孔大小均為100mm×100mm，鄰近鋼筋網(wǎng)片經(jīng)16#鐵絲綁扎連接?，F(xiàn)場每刷擴(kuò)完成2 m 巷幫后即需要對原支護(hù)錨索張拉對巷幫進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)。在對巷幫刷擴(kuò)過程中應(yīng)注意觀察頂板穩(wěn)定性以及變形情況，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常后及時(shí)停止作業(yè)并加固，確?，F(xiàn)場作業(yè)安全。

2.3 巷道表層噴漿密閉

對巷道表層圍巖進(jìn)行噴漿封閉，不僅可避免注漿漿液外滲而且避免圍巖風(fēng)化、提高圍巖承載能力。具體巷道表層圍巖噴漿參數(shù)為：巷道表面噴漿層厚度為100 mm，混凝土強(qiáng)度為C20；噴漿過程中應(yīng)避免出現(xiàn)蜂窩、麻面、赤腳等情況；噴射的混凝土材料主要為水泥、石粉以及黃泥，具體質(zhì)量比為1∶2∶2。噴漿每立方混凝土中黃沙、水泥以及石子用量分別為886 kg、433 kg 以及886 kg。在混凝土內(nèi)添加速凝劑，使用量為水泥用量的4%。

2.4 巷幫及頂板錨索補(bǔ)強(qiáng)

待圍巖注漿加固3 d 后，采用預(yù)應(yīng)力錨索對圍巖進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固，具體補(bǔ)強(qiáng)加固布置，如圖3 所示。錨索補(bǔ)強(qiáng)加固前對頂板錨索進(jìn)行重新張拉確保張拉后錨索預(yù)緊力在250 kN 以上。補(bǔ)強(qiáng)錨索（Φ16.8 mm×7 300 mm）均布置在原錨索中部，間排距均為2400mm。

圖3 巷幫及頂板補(bǔ)強(qiáng)錨索布置示意圖

3 巷道綜合加固安全技術(shù)措施

在對東翼膠帶巷進(jìn)行綜合加固之前，應(yīng)首先進(jìn)行安全檢查，確保現(xiàn)場注漿安全。巷道加固時(shí)，僅施工人員可進(jìn)入到現(xiàn)場。注漿時(shí)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求以及注漿方案配比注漿漿液，注漿管路應(yīng)減少彎曲次數(shù)避免出現(xiàn)堵塞情況；在注漿過程中發(fā)現(xiàn)注漿系統(tǒng)壓力突然增加時(shí)應(yīng)立刻停止注漿待查明原因及處理后方可繼續(xù)施工?，F(xiàn)場巷道綜合加固時(shí)可采用架板或者道木架設(shè)可靠、穩(wěn)定的工作平臺(tái)，人員在平臺(tái)上工作時(shí)應(yīng)注意腳下安全。

4 結(jié)語

對礦井東翼膠帶巷不穩(wěn)定圍巖綜合加固技術(shù)進(jìn)行研究，并提出綜合使用巷幫預(yù)注漿、巷幫刷擴(kuò)、表面噴漿以及錨索補(bǔ)強(qiáng)等方式對巷道圍巖進(jìn)行控制。依據(jù)巷道實(shí)際情況，對綜合加固方案進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)?，F(xiàn)場應(yīng)用后，東翼膠帶巷圍巖得以有效控制，巷道斷面可滿足使用需要，同時(shí)后續(xù)基本不需要重新修整，滿足了東翼膠帶巷使用需要。