多次動壓影響下的煤柱巷道圍巖控制技術

劉 鑫

（山西晉煤集團沁秀公司岳城煤礦，山西 晉城 048006）

隨著礦井對煤炭資源回收率要求的不斷提高，小煤柱留設已廣泛應用于中厚煤層開采。然而隨著礦井的不斷延伸，疊加應力和多次動壓成為小煤柱巷道圍巖控制的主要難題，尤其是邊采邊掘巷道，新掘巷道會同時受到疊加應力和多次動壓的雙重影響，圍巖控制難度非常大。傳統的單錨索工字鋼補強支護方法，圍巖整體性破壞較大，支護效果不理想。注漿加固技術能夠提升頂板圍巖的整體塑性，增強支護能力[1]，使用注漿加固技術來實現疊加應力下煤柱巷道的安全支護，是目前煤炭行業重點研究的課題之一。

1 概況

岳城煤礦屬于高瓦斯礦井，主采3號煤。13083巷位于井田東翼，巷道斷面為矩形規格3.8×5.0m，沿煤層底板掘進，留有2.4m頂煤。13083巷受1306、1307兩個工作面的多次強烈采動影響，巷道雖多次補強，但部分區域頂板、兩幫破損嚴重，尤其是巷幫，最大片幫深度超過400mm，錨索補強作用不大。13083巷與工作面平行布置，已先后服務了一年半時間，后期還要為1308、1309工作面繼續服務，服務期非常長。13083巷與回風巷間凈煤柱15m，巷道密集，應力集中程度高。

對13083巷疊加應力條件下煤柱強度不足、礦壓顯現集中等問題，提出了采用高壓注漿配合強力錨索補強的綜合加固方案。在巷道壓力集中顯現的300～550m區域（6～10#橫川）進行煤體強度測試和鉆孔窺視，根據煤柱尺寸和巖性分析確定合理注漿位置及靶心[2]，采取巷幫預注漿、起底刷幫、圍巖噴漿封閉、高強錨索補強措施，形成與13083相配套的疊加應力下小煤柱圍巖控制技術體系。

2 煤體性能及破壞程度測試

2.1 煤體強度測試

在13083巷6～10#橫川布置4組測站，每組間距50m。在巷道左幫距底板1.2m共布置四組鉆孔，鉆孔直徑選用56mm，每組打鉆距離10m，將打鉆過程中的煤體實時強度繪制曲線如下圖1所示。

圖1 動壓影響區域煤體強度變化圖

對四組數據曲線整理可知，13083巷6～10#橫川煤體的平均強度分別為17.88MPa、16.93MPa、12.48MPa和13.32MPa，因此重點要加強8～10#橫川范圍幫部煤體的應力控制。

2.2 鉆孔窺視結果

對13083巷進行鉆孔窺視，根據窺視可以看出：

（1）13083巷左幫孔開口破碎，內有裂隙，0～2.5m處裂隙發育，煤體存在破碎現象，2.5～5.6m巖層松軟，有裂隙發育。

（2）頂孔破碎，0～2.1m巖層完整，2.1～3.9m巖層縱向裂隙發育，3.9～7.6m處巖層完整。

（3）拱肩孔0～1.0m、2.3～5.7m 巖層完整，1.0～2.3m、5.7～8.9m巖層縱向裂隙發育。

（4）右幫孔巖層破碎，松軟，窺視到0.6m處時孔塌。

從13083巷窺視結果分析，巷道頂板淺部巖層相對完整，8m以上出現裂隙和破碎帶。兩幫煤體極其破碎，第一組窺視孔在4m左右塌孔，第二組孔在6m左右出現塌孔或大的裂隙。巷幫和拱肩部位從噴層開孔處就存在裂隙，破碎區集中在5m范圍，頂板受巷幫變形的影響在淺部發生破壞，破壞深度約3m。綜合分析，巷道治理方案應重點進行巷幫煤體的加固。

3 加固方案

3.1 巷幫預注漿

由于巷幫煤體破碎，從窺視結果分析，破壞深度在4～5m范圍，導致支護體錨固力不足，刷巷時易發生片幫，因此修巷之前進行預注漿加固煤體。開孔位置根據現場煤幫的具體情況進行適當調整，注漿鉆孔的布置如圖2所示。

圖2 巷幫預注漿鉆孔布置圖

3.2 起底刷幫

預注漿加固工作完成后進行起底刷幫，根據現場巷道破壞情況，使用人工風鎬進行刷幫，掘進機組刷底后斷面尺寸達到設計要求。刷幫完成后重新張拉之前施工的Ф22-4300mm錨索作為臨時支護，現場每次刷幫長度不得超過2m，擴幫完畢后立即進行錨索張拉，支護完畢后再進行下一段的擴幫。整個作業過程中，要加強對頂板的觀察和管理，發現異常立即停止作業，以便采取措施。

3.3 圍巖噴漿封閉

對圍巖進行噴漿封閉，避免注漿漿液外流，影響注漿效果。噴射混凝土時，噴層不得出現赤腳、穿裙、蜂窩等現象；噴射拌料必須嚴格按照比例配制，水泥:黃沙:石粉=1:2:2，水灰比=0.45，拌好的混凝土上噴漿機時，摻入速凝劑，摻和量為水泥重量的4%[3]。巷幫注漿時，注漿孔射漿管長度為7.5m，注漿終止壓力6～8MPa，其他參數與原注漿工藝參數相同。

3.4 錨索補強

注漿后對巷道進行錨索補強，頂板采用Φ22-7300-1錨索，錨索呈4-3-4-3間隔布置，（其中4：錨索間距1200mm、900mm，距幫400mm；3：錨索間距1400mm，距幫400mm；錨索排距1000mm），錨索全部與頂板垂直安設；巷幫采用Φ22-4400-1錨索進行補強，每排3根（錨索間距1100mm，最上一根錨索距巷道頂板400mm，最下一根錨索距巷道底板1200mm，錨索排距1000mm），錨索全部與巷幫垂直安設。巷幫需補掛鋼筋網。

4 現場驗證

巷道注漿完畢后，在13083巷6～10#橫川內相同位置布置11組巷道圍巖表面位移測站，監測移近量平均值的變化曲線如圖3所示。

由圖3可知，對13083巷破碎區域注漿并錨索補強后，頂底板位移基本保持在150～170mm范圍內并保持穩定，兩幫移近量由原先的450mm控制在了250mm左右，均控制在了設計要求范圍之內。說明采用高壓注漿配合強力錨索補強的綜合加固方案實現了對巷幫破碎區域的有效控制，圍巖的整體塑性顯著提高。

圖3 巷道表面平均位移變化圖

5 結語

針對13083巷受多次強烈采動影響、服務周期長、應力集中程度高等特點，提出了采用高壓注漿配合強力錨索補強的綜合加固方案?，F場礦壓監測結果表明，加固后的巷道圍巖保持了較好的完整性，頂板下沉量、兩幫移近量都控制在設計要求之內，說明高壓注漿配合強力錨索補強的綜合加固能夠顯著提高巷幫破碎圍巖的整體塑性，確保巷道掘進和使用安全。