陜西某礦大傾角煤層動壓巷道注漿加固技術研究與應用

王飛

（四川省煤炭設計研究院 四川 成都 610073）

0 引言

陜西某礦煤層巷道均采用錨網索+鋼帶支護形式，而大傾角煤層動壓巷道支護困難，針對大傾角煤層動壓巷道進行了多次支護工藝改革，但部分巷道受采動影響變形依然難以控制，嚴重制約了礦井的安全生產。巷道的變形及失穩情況與許多因素有關，因此針對大傾角煤層動壓巷道支護問題進行支護研究具有很大的意義和實用價值。隨著理論研究方面發展的深入和成熟，對于復雜地質條件下的巷道的支護技術也都有相當大的發展，提出了許多控制措施，在現場應用的效果都相當良好[1-4]。這方面的控制技術主要有下幾種：①錨桿支護技術；②架棚支護技術；③注漿加固技術；④聯合支護技術。目前，煤層圍巖注漿與錨索注漿支護技術是針對復雜困難條件下的巷道支護新技術，注漿后由支護材料由端錨轉變為全錨，同時注漿材料的擴散對圍巖進行加固，可提高圍巖的整體性和承載能力，針對動壓巷道圍巖控制難題，采用高強錨注支護技術提高巷道圍巖穩定性和自承性能，通過對大傾角煤層巷道圍巖控制技術研究，促進高強全錨與錨注支護技術的成熟與完善，對整個礦區大傾角煤層動壓巷道支護具有重要的意義。

1 工程概況

陜西某礦目前生產采區為2個采區，即：306采區、307采區；工作面接替采區主要為305采區、307采區；礦井主要巷道、開拓巷道、永久硐室均布置在巖層中，符合規程規范和設計要求。目前礦井只回采1層可采煤層，不存在多煤層之間開采順序；該煤層采用水平分段放頂煤開采，先采上分層后采下分層，煤層開采順序符合要求。回采工作面以勻速推進，其中306采區東翼+603 m回采工作面和307采區東翼+650 m回采工作面推進速度均為0.8 m；307采區西翼+710 m回采工作面推進速度均為1.6 m。

305采區東翼+690 m運輸和回風順槽掘進工作面日推進度為8.4 m；307采區東翼+637回風順槽掘進工作面、西翼+695 m運輸和回風掘進工作面日推進度為4.2 m，307采區東翼+637運輸順槽掘進工作面日推進度為2.1 m。

307采區+695 m工作面為303采區西翼第二分層工作面，本工作面西部為205采區邊界；東部+710 m回采工作面采空區；上部為307采區西翼3713回采工作面，下部為307采區西翼3687掘進工作面尚未布置。該面北以設計的+695 m回風順槽為界，南以設計的+695 m回風順槽為界，東以設計的+695 m工作面停采線為界，西以+695 m工作面切眼為界。+695 m工作面開采M1煤層，煤層呈粉末狀、部分呈塊狀、主要為亮煤、暗淡煤次之。該面煤層結構簡單，煤層較穩定，煤層厚32 m～100 m。該面為單斜構造，煤層傾向為50°~70°，煤層傾角從外向里較大，最大為70°，外部停采線處傾角較小，為50°，平均傾角為55°。煤層頂底板巖性見表1。

表1 煤層頂底板巖性

2 巷道原支護情況

大傾角煤層掘進與開采所造成的圍巖變形破壞較一般條件下的煤層不同，其圍巖結構也具有特殊特征。動壓巷道支護困難，采用合理的支護技術以及配套的支護產品，可以提高該類巷道的支護水平與安全生產效率。

307采區西翼+695 m回風順槽為矩形巷道，斷面尺寸為寬3.5 m，高2.6 m，巷道支護方式采用錨桿、W鋼帶、菱形網、盤條網、錨索配合托梁聯合支護。頂板采用5根錨桿、菱形網、盤條網、W鋼帶、錨索進行聯合支護；兩幫各采用4根錨桿、W鋼帶、菱形網、錨索進行聯合支護。具體支護參數為：頂板錨索規格為?17.8×7 000 mm，間距為1 200 mm，排距為1 600 mm；頂板錨桿規格為?20×2 200 mm，間距為700 mm，排距為800 mm。幫部錨索規格為?15.24×4300 mm，間距為1 400 mm，排距為1 600 mm；幫錨桿規格為?20 mm×2 200 mm，間距為700 mm，排距為800 mm。

由于受上部采動影響，巷道壓力大，變形嚴重，巷道頂板下沉量達到650 mm，底鼓量達到400 mm，兩幫移近量達到800 mm。為保證行人通風、運輸安全需對變形巷道進行挑頂、擴幫、清底，并進行錨網支護，由于該段巷道圍巖松動，維修時極易發生冒頂，加之煤層松軟，錨索、錨桿無法施工或拉拔力達不到設計要求，急需對巷道進行支護優化。

3 注漿加固設計

3.1 注漿加固總體方案

巷道維修工程中，若錨桿、錨索預緊力達不到設計要求或因煤層松軟時錨桿、錨索無法安裝，采用注漿加固工作，若維修至巷道冒頂區域時，將在鋼架架設、護頂工作結束后，采用頂板注漿工作。頂板下沉段進行深部錨注加固，頂板打設?17.8 mm×7 000 mm錨索。頂部錨索采用梅花“三二三”布置，錨索布置示意圖如圖1(a)-(b)所示。每1.6 m布置一排，孔深6 700 mm。若錨索拉拔力達不到要求時采用注漿工作，漿孔布置排距為1.6 m，每個注漿段均按此設計，開孔孔徑?25 mm。對于嚴重變形破碎區域另補打注漿孔注漿。幫錨索注漿，每1.6 m布置4個孔，孔深4 m，孔徑?25 mm。回風順槽與第一聯巷開口處為冒落區，現有支護為錨網+鋼架支護。此段采用注漿加固。冒落區布置2排注漿孔，每排3根。

圖1 頂錨索梅花“三二三”布置示意圖

3.2 施工鉆孔

打孔前，打孔要按照施工設計中圖紙中的開孔位置進行鉆孔標注，不得隨意更改設計位置及開孔角度；打孔前要先敲幫問頂，仔細檢查頂幫圍巖情況，找掉活矸、危巖，確認安全后，方可開始打孔。頂板下沉段鉆孔開孔孔徑?25 mm，孔深6.7 m，鉆孔位置要準確，鉆孔深度應與注漿管長度相符。鉆孔打好后，應將眼內的巖渣、積水清理干凈。注漿孔位置示意圖見圖2。

圖2 注漿孔位置示意圖

3.3 安裝注漿銅管

利用錨索與孔壁之間間隙下入注漿用銅管，若銅管不好下入，也可在下入錨索前在預定好的位置將注漿銅管與錨索捆綁好，與錨索一塊下入，一起攪拌，或者先下入銅管，再下錨索，銅管安裝完成后，孔外預留不得少于托盤的半徑，利于以后注漿施工，在上鋼帶及托盤前，將銅管至于頂板低洼或縫隙處，若頂板平整要人工開槽，在張拉時確保鋼帶及托盤不擠壓注漿管，預緊至設計拉力時停止張拉。

3.4 注漿參數

向巖體中壓注注漿材料的參數有：鉆孔深度、孔的傾角、空間距、孔口密封深度、注漿壓力、注漿速度、每孔注漿材料消耗量、注漿量。工作面破碎圍巖注漿加固除上述幾個參數，還有注漿時間、注漿孔深度等需要特殊考慮的參數，它們與工作面圍巖的穩定性有關。根據工作面圍巖注漿加固的特殊規律，注漿與工作面回采推進時機要相互配合。注漿參數值取決于工作面圍巖巖層的物理力學性質、巖層裂隙度，破碎巖層厚度以及所采用的頂板維護方法和回采工作面推進速度。

4 實施效果

4.1 現場監測

采用十字點法對回風順槽進行圍巖位移進行觀測，選取巷道長度20 m和100 m位置處監測巷道頂底板和兩幫的變形，回風順槽圍巖變形量如圖3所示。

圖3 回風順槽圍巖變形量

經巷道變形監測，回風順槽頂底板移近量最大為317 mm，兩幫移近量最大為125 mm，有效的控制了圍巖變形，提高了支護效能。通過巷道優化前后對比，頂板錨索注漿加固后，實現錨索全長錨固，錨索內在質量和錨固力大大提高，保證了巷道滿足掘進和回采安全要求。

4.2 經濟效益

此項技術在礦推廣，可避免15%錨索材料費的浪費，每米巷道需要施工3.125根錨索，x礦年煤巷進尺7 969 m，每根錨索按270元計算，可減少錨索浪費97.4萬元。同時避免巷道維修，按25%巷道維修量計算，每米巷道維修成本2 800元計算，需維修費用557.83萬元，扣除注漿費用230萬元計算，可創經濟效益445.23萬元，具有較好的推廣價值。

5 結語

本文以陜西某礦307采區+697 m回風順槽受采動影響變形巷道為試驗現場，采用“先注后修”的原則，進行預應力加固支護技術，同時對施工錨索進行高壓注漿形成全長錨固，有利于降低工作面回采超前應力影響程度，減小巷道維護難度，滿足巷道服務期間礦井安全高效生產需要，提高礦山經濟效益。