大巷注漿加固技術的優化研究

史政浩

(山西汾西瑞泰能源集團有限責任公司，山西 左權 032600)

·技術經驗·

大巷注漿加固技術的優化研究

史政浩

(山西汾西瑞泰能源集團有限責任公司，山西 左權 032600)

針對某礦五采車場段水平南翼大巷的特征,通過對巷道變形破壞的觀察，判別出原支護方式和修復擴刷后巷道破壞的影響因素，得到了以增加圍巖的自承能力為出發點的基本結論。提出采動影響下的破碎松軟巷道采用“U型鋼組合錨注的可縮性金屬支架聯合支護方案并結合關鍵部位錨桿加強支護”，巷道返修頻率較高的問題得以有效的解決。

巷道變形；采動影響；錨注；聯合支護

1 工作面地質概述

某礦五采車場段的水平南翼大巷，所處海拔965～1 100 m，煤層的基本頂和直接頂分別為砂質泥巖和黑色泥巖。巷道通過砌碹、錨桿進行聯合支護，高3.4 m，寬4.3 m. 巷道的450～600 m處發生嚴重的變形收縮破壞，該處距離車場下料處180 m. 在收縮變形的過程中，碹體無法進行正常的工作。20世紀末，該處已通過使用U-29型棚進行翻修，隨著時間推進，變形破壞更加嚴重。隨后通過錨索網進行二次修補處理，截止目前，U-29型棚的破損程度達到了一半，尾部受壓彎曲嚴重，同時，巷幫的收縮比率日趨嚴重，達到了30%，收縮至3.1～3.9 m的寬度，僅僅能滿足單軌運輸的要求，而該巷道為80914工作面輔助水平運輸主干線。利用上述傳統巷修技術，在巖體大面積松動條件下修護效果并不明顯，巷道面臨報廢、無法整修的危險，且80914工作面的正常運輸會受到不同程度的影響，嚴重制約著該礦生產效率的提升。故在該類巷道的完善、補充、修復、加固、翻修等方法上需要重新評定，綜合考慮。

2 巷道變形破壞特點和破壞原因分析

2.1 巷道的變形及破壞的觀測

對五采車場段的水平南翼大巷頂部通過鉆孔窺視儀進行現場觀測，觀測重點放在巷道變形量最大處，在該位置放置原位測試孔，同時對其進行測定。鉆孔的測點位置分別布置在試驗巷道的頂板處，鉆孔窺視儀測試結果見圖1.

圖1 巷道頂板鉆孔內圍巖破壞情況圖

由圖1可以看出，在圍巖應力及采動影響下，巷道圍巖內部遭到破壞。由于該巷道最初支護形式為砌碹支護，屬于被動支護且所提供的支護力很小，導致巷道破壞嚴重。在巷道表層到2.4 m處圍巖破壞最嚴重，隨著鉆孔深度的增加，圍巖破壞程度減弱，在2.8～3.5 m圍巖破壞程度較為嚴重，此處存在結構面，但隨鉆孔深度的繼續增加到4.0 m，圍巖完整性良好。根據窺視結果確定該處巷道圍巖松動圈的范圍約為3.5 m.

2.2 巷道的變形破壞原因分析

巷道變形破壞是由巖性、圍巖裂隙發育、地應力、支護結構、構造應力等多方面因素共同作用的結果。

1) 軟巖的高應力作用，使得圍巖的破壞特性在巷道使用中不斷顯現，應力的周期沖擊使得圍巖的穩定性較差，頂板離層和底鼓現象嚴重。

2) 結構面承受的荷載超出范圍限制時，不可避免地會導致支護結構因變形而產生結構扭曲、應力集中點偏移。

3) 作為被動支護的一種形式，圍巖特性和U型棚支護方式的匹配度低，隨著松動圈范圍的加大，高壓圍巖壓力的沖擊使得U型棚的收縮變形嚴重。

3 巷道支護參數的確定

根據對變形破壞機理和碎裂圍巖控制機理的相關研究，提出了對該礦南翼運輸大巷五采車場段的返修中實施“錨注+U型鋼可縮性金屬支架聯合支護及關鍵部位錨桿加強支護”的技術方案，主要包括以下幾個支護參數：

1) U型鋼支架與噴網初次支護參數。

在支護過程中，由于該段巷道為返修巷道，局部區域可能頂板破壞嚴重，為了保證巷道斷面的形狀，盡管進行了擴幫、刷頂工作，但仍可能存在破碎區域。針對這種情況，可采用兩種措施進行處理：對于可錨性較強的圍巖，堅持以錨桿主動支護為基礎，實施先錨后架的施工工藝。對于可錨性能低的圍巖，“先架后錨”的施工工藝方式可有效避免這一情況的發生，采用U型鋼，排距為800 mm.

2) 壁后充填與注漿加固參數。

通過短管的壁后充填工作，利用d26 mm×500 mm的短管和大于1 500 mm的孔深配合，規定其間排距的規格為1.2 m×1.6 m，基本按照1∶1的質量比例混合美固364，注漿壓力為3～6 MPa.

3) 巷道全斷面錨固與注漿加固參數。

滯后壁后注漿一定的距離(15～20 m)，通過鋼螺紋布置隔排型錨桿。另外，內部布置注漿錨桿，前者錨桿和注漿錨桿間距均為1 200 mm，排距都為1 600 mm(見圖2).

4) 底角注漿錨桿。

在距底板400 mm處與水平面成30°角打底角內注漿錨桿。

圖2 巷道支護斷面布置圖

4 巷道支護施工工藝

巷道支護方案的施工工藝流程如下：

1) 拆除原U型棚支架，擴幫、刷頂完成之后開始進行U型棚的架設。

2) 在壁面上開鑿鉆孔后插入相應的注漿短管，新型美固364的加固材料均勻的噴灑至巷道周圍，根據圖3所示的布置方式，通過注漿短管開始淺部注漿。

圖3 淺部注漿短管注漿后的巷道示意圖

3) 淺部注漿工作完成后如圖4所示進行深部鉆孔開鑿，開鑿位置為各個淺部注漿管之間，孔的尺寸：孔直徑42 mm，深度3.2 m. 把注漿錨桿插入孔中之后開始進行深部注漿工作；另外，底鼓現象的防治是通過采用規格為d25 mm×3 000 mm的注漿錨桿在底角位置處進行加固處理。

圖4 深部注漿錨桿注漿后的巷道示意圖

4) 滯后距離15～20 m的為深部注漿是相對安全的，根據注漿錨桿內部結構采用隔排布置方式，同時利用鋼螺紋錨桿進行輔助支護。錨注加固支護材料見表1.

表1 錨注加固支護材料明細表

5) 施工中出現的問題：漿液可能從封口器和鉆孔之間的間隙及圍巖的裂隙中滲透和冒出；不徹底的沖洗程序容易造成堵管問題。

采取的措施：確定封口器埋設的深度是基于煤巖體裂隙發育的具體情況，通過清理埋設前位于封口器位置的注孔內的煤粉塊，緊密結合孔壁與封口器膨脹情況進行修正。使用棉紗封堵少量從煤巖滲透出的漿液，如果漏出的漿液過多則需要進行重新打孔注漿工作。

5 巷道加固治理效果評價

5.1 巷道整修前后效果對比

該巷道的整修工作于2015年10月20日正式施工，截止至2016年2月20日，共完成200 m巷道的整修工作。大巷在整修前，巷道變形嚴重，已嚴重阻礙了該段巷道的正常使用，且嚴重威脅工作人員的人身安全，整修后，巷道斷面得到了保證，且增加了整體的穩定性。

凸起和底鼓現象不明顯，支架的受力關鍵部位無明顯彎曲現象。綜合得出巷道處于相對穩定的工作狀態。巷道斷面的收斂變形量維持在3%以內。同時，由現場的實驗結果與數值模擬分析比較來看基本吻合。故在U型棚支護和錨注的組合支護過程中其基本的設計方案可以滿足相應的軟巖巷道破碎后修復治理的條件。

5.2 巷道整體變形監測效果分析

該礦根據設計方案進行了巷道的支護試驗施工，試驗區域設1#和2#兩個斷面變形測試點，用于監測巷道頂板下沉量以及兩幫移近量的參數，各監測點監測結果見圖5.

圖5 巷道變形量監測結果曲線圖

由圖5可知：在最初的20 d內，平均頂板的下沉變形速率達到3.0 mm/d，兩幫移近變形速率達到2 mm/d，兩幫移近變形在第20天保持不變，當達到第40天時，巷道頂板下沉作用停止。根據圖5顯示的現場支護效果分析可知，該方案整體節約了成本，同時該支護方案針對巷道變形破壞優化作用顯著，為該類巷道的支護設計以及支護施工均提供了指導。

6 結 語

在該礦的實驗巷道中采用了“U型鋼組合錨注的可縮性金屬支架聯合支護方案并結合關鍵部位錨桿加強支護”，通過現場監測可知：該支護方案提高了破碎區圍巖體的內摩擦角ψ值以及內聚力C，增強圍巖體強度的過程，可以達到充分利用圍巖的自承能力，提高支架的支護性能，對提高圍巖的自承能力以及整體性具有重要的作用。

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Study on Optimization of Grouting Reinforcement Technology in Roadway

SHI Zhenghao

Based on the observation of the deformation and failure of the roadway in a coal mine, the influence factors of the original support mode and the damage of the roadway after the expanding engineering are obtained. Bearing capacity as the starting point of the basic conclusion, the paper puts forward that the problem of frequent maintenance for roadway could be effectively solved by using the U-shaped steel bolts combined with the retractable metal brackets, together with the strengthen in key parts of the support under the influence of mining.

Roadway deformation; Mining influence; Anchoring and grouting; Combined support

2017-01-13

史政浩(1970—)，男，山西孝義人，2016年畢業于太原理工大學，工程師，主要從事煤礦開采與安全管理工作

(E-mail)fxkyzpp@139.com

TD353

B

1672-0652(2017)02-0037-03