強烈動壓影響區小煤柱穿巷注漿加固技術

郭東杰

（晉城煤業集團 成莊礦，山西 晉城 048012）

晉城煤業集團成莊礦主采的3 號煤層瓦斯含量高，需用“大U”套“小U”的多巷道布置方式治理瓦斯。為解決采掘接續困難，成莊礦工作面多用留巷布置，并需盡量減小護巷煤柱，節約資源。成莊礦工作面回采后的采空區邊緣進行掘巷和留巷的支護問題，我們做了大量研究，取得一些成果；但在采空區邊緣留巷嚴重變形垮塌后與相鄰新掘巷道之間留設小煤柱掘巷未有先例。因此，如何控制此類巷道圍巖的有害變形，對成莊礦3310綜采工作面的安全高效回采具有重要意義。

1 礦井基本概況

成莊礦3220 副巷是3309 工作面回采后的留巷巷道，與采空區凈煤柱約為25 m；3220 正巷在3309 工作面回采完1 a 之后開始掘進，與3220 副巷之間凈煤柱為15 m。3220 正巷掘進中，兩幫煤體非常破碎，前300 m沿煤層底板掘進，后因巷道成形極差、頂板下沉嚴重；便將巷道改成沿頂板掘進，頂板條件得到改善，但巷幫仍較破碎、變形較大。3220 副巷原計劃做為相鄰3310 工作面瓦斯尾巷，但因經受3309 工作面回采和3220 正巷掘進的多次動壓影響，3220 原副巷劇烈變形，導致從停采線往里約1 400 m 長的巷道垮塌；若重新布置掘進巷道，將嚴重影響生產接替，且浪費資源。因此為保證3310 工作面正常回采，經研究決定在3220 正巷與已垮塌的3220 副巷之間15 m 煤柱內新掘進一條斷面寬×高=3 900 mm×3300 mm 的3220 新副巷；3220 新副巷與3220 正巷凈煤柱寬7 m，與3220 副巷之間凈煤柱寬4 m。由于3220 正巷與3220 副巷之間的煤柱受多次動壓影響、煤巖體很破碎，在該煤柱內進行小煤柱穿巷，加劇了3220 正巷兩幫和頂板圍巖變形。3220 新副巷為瓦斯尾巷，在回采期間只需保證足夠通風斷面就能滿足使用要求，但3220 巷還作輔助運輸巷，不僅保證通風斷面，還要保證巷道內人員和設備的安全；因此3220 新副巷掘進時，要對其進行加固，保證3310 工作面的順利回采。

3310 工作面頂底板巖層，主要以粗粒砂巖為主。3220 正巷斷面4 520 mm×3 100 mm，巷道采用錨網索支護，錨桿布置“幫3 根、頂板4 根”排距均為1 000 mm，頂、幫錨桿型號均為BHR500-φ22 mm-2 400 mm，樹脂加長錨固，120 mm×120 mm×10 mm 拱形高強度托盤，頂幫錨桿預緊力矩400 N·m，錨固力150 kN。頂板布置兩根錨索，間距1 720 mm，排距2 000 mm，錨索φ22 mm高強度低松弛預應力鋼絞線，長度7 400 mm，采用300 mm×300 mm×16 mm 高強度可調心托板及配套鎖具，錨索預緊力250 kN。金屬網為10 號鐵絲的菱形網，網孔規格50 mm×50 mm。

2 圍巖結構強度對圍巖變形破壞的影響

從現場勘察看：3220 巷前300 m 底鼓較嚴重，頂板和兩幫變形較大，兩幫煤體受到3309 工作面回采的強烈動壓影響，表面煤體非常破碎，煤層頂板也有大量裂隙，部分區域出現網兜現象，巷道前300 m 部位離層儀出現淺部警戒現象。兩幫主要表現為整體鼓出，向巷道內移動。有些幫錨桿受力后，托盤壓入煤壁，隨兩幫收斂向巷道內部移動；大量幫錨桿受力不明顯，托盤附于巷道表面，隨巷道收斂整體內移。

現場調查表明：3220 巷成巷后發生嚴重變形，主要由于巷道支護強度難以適應3309 工作面回采動壓影響，3220 巷區域煤體的整體性遭到破壞，強度大大降低，結構面發育，整體性和強度低，使同等支護條件的抗擾動能力進一步削弱。這種圍巖又受3220 新副巷掘進動壓影響，勢必導致圍巖破壞區域更向深部轉移，裂隙更加擴展；3309 工作面剛回采完不久，采空區還沒有完全穩定，所有這些因素都將導致承壓區域的3220 巷巷道發生大變形。

3 加固總體原則

由于3220 正巷圍巖已受相當破壞，裂隙發育，單純補打錨桿、錨索將難保證錨固性能，加固必須基于有效恢復圍巖完整性，提高巷道圍巖支護強度。根據巷道變形情況，結合圍巖結構狀況，必須先用注漿加固，后對局部錨桿、錨索支護失效的圍巖變形嚴重巷道段，注漿后再進行注漿錨索補強加固方案。

注漿的作用是填充受回采及掘進多次動壓影響后的圍巖離層和裂隙，將破碎的巷道圍巖進行重新組合，盡量恢復并構成完整的巖體結構，進而形成連續的結構體，提高圍巖的完整性，增強圍巖自身承載能力，提高圍巖的可錨性；通過漿液填充圍巖裂隙，增強破碎圍巖力的傳導作用，將錨索的預應力有效向深部的圍巖體擴散。

強力錨索加固旨在巷道圍巖恢復連續性后，對圍巖周邊加上強力的邊界條件，使其提高主動承載能力，進而抵抗應力重新分布過程中巷道圍巖的變形，確保巷道受采動影響后的有效斷面。

4 現場加固試驗

4.1 加固材料

由于圍巖裂隙發育，決定采用水泥漿加固。注漿使用525 號（42.5 MPa）普通硅酸鹽水泥配合XPM添加劑制備素水泥漿,水灰比0.6∶1～1∶1；表面堵漏及大范圍漏漿進行注漿堵漏時，壓注水泥- 水玻璃雙液漿，水泥與水玻璃體積比1∶0.4。

4.2 加固3220 正巷方案

1）淺孔注漿技術參數：由于3220 正巷為順槽巷道，巷道表面嚴重破壞，為防止注漿時漏漿，施工前須先清理巷道內冒落垮塌的圍巖，之后對巷道兩幫淺部進行注漿堵漏，淺孔注漿全部采用水泥漿；當出現大面積漏漿時，采用水泥- 水玻璃雙液漿。3220 正巷幫部水泥淺孔注漿鉆孔孔布置，見圖1-a，排距2 000 mm。

2）深孔注漿技術參數：3220 正巷幫部水泥深孔注漿鉆孔布置，見圖1-b，7 m 煤柱側幫部注漿鉆孔深度4 000 mm；工作面側注漿鉆孔深度5 000 mm，排距均為2 000 mm。

圖1 注漿孔布置圖

3）補強錨索支護參數：全部采用φ22 mm 的1×19股高強度低松弛預應力鋼絞線，錨索長度4 300 mm。錨索排距3 000 mm，幫底角和幫中部錨索分別距底板300 mm、1 550 mm，相互之間成“之”字型布置，見圖2。注漿前錨索張拉預緊力≥150 kN。錨索張拉預緊后注漿方式：使用預置孔內的鋁塑注漿管，鉆孔全長一次注漿。注漿壓力：注漿終止壓力4～6 MPa。錨索注漿完畢超過3天后，進行二次預緊（預緊力≥250 kN）。

圖2 注漿錨索布置

5 加固支護效果

為了監測注漿加固后的支護效果，注漿加固后回采前3220 正巷安裝了2 組表面位移測站（在距巷口410 m 和500 m 處）；回采期間在超前工作面200 m 處的注漿加固段安裝了一組測站。巷道圍巖變形量見圖3。從圖3-a 看出，對受3220 新副巷掘進動壓影響的3220 正巷注漿加固后，兩幫最大收縮量23 mm，頂底板最大移近量27 mm，說明注漿加固有效控制了掘進動壓影響下的采空區邊緣掘進巷道的變形。圖3-b 是回采工作面距測站不同位置時巷道圍巖表面的位移變化曲線，巷道在超前壓力影響下，開始時位移較平緩；隨著工作面的推進，巷道圍巖變形逐漸強烈，工作面推進到測站附近10 m 范圍內，兩幫最大位移量440 mm，底鼓量390 mm，頂板下沉量控制在110 mm 左右，能基本滿足回采期間安全使用要求；說明對小煤柱穿巷的相鄰巷道進行注漿加固后，很好地控制了巷道圍巖變形。

圖3 3220 正巷表面位移監測曲線

6 結術語

通過現場調查和鉆孔窺視結果得知，受強烈動壓影響后采空區邊緣煤柱圍巖體內裂隙較發育，針對此類圍巖加固必須基于恢復圍巖完整，提高圍巖體的支護強度。

采用注漿對破碎煤巖體進行原位加固，不僅能提高圍巖的完整性，增強圍巖自身承載能力，更能提高錨網支護與圍巖形成的支護結構承載抗擾動能力。

注漿加固基礎上，采用注漿錨索補強支護，通過漿液填充圍巖裂隙，增強了破碎圍巖力的傳導作用和圍巖自身的承載能力，將錨索的預應力有效地向地深部圍巖體擴散，并對已形成的圍巖承載支護結構進行加強，能有效控制受多次動壓影響的采空區邊緣掘進巷道圍巖變形。

[1] 孔一凡,姬陽瑞.動壓巷道錨注加固技術應用研究[J].煤炭科學技術,2006(8)：32-35.

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