地質構造區巷道錨網索支護聯合注漿加固技術

李鵬俊

(潞安環能股份公司 王莊煤礦，山西 長治 046031)

1 工程背景

王莊煤礦8107運輸巷掘進至距開口600 m左右，即過向斜軸部后的上坡段，多次出現了板炮聲，隨后發生了冒頂現象。超前探鉆孔顯示，正前方70 m范圍內煤體破碎。卸壓孔施工過程中，鉆孔深度超過10 m后鉆進較困難，經窺視發現前方煤體酥松破碎，裂隙十分發育，多為橫向裂隙，多處出現1 cm左右裂隙，存在一處5 cm縱向裂隙，為保證巷道安全順利通過該異常區，首先利用鉆孔進行卸壓處理，然后針對該破碎區進行循環頂板及兩幫超前預注漿加固，采用邊卸壓邊注漿邊掘進的方式掘進確保掘進安全。

2 高分子化學注漿加固機理

1) 漿液固結體的網絡骨架作用。固結材料以其良好的韌性和粘結強度起到骨架作用，提高圍巖的殘余強度，限制圍巖破壞的擴展，從而改善圍巖狀況[1-2]。

2) 充填壓密及轉變圍巖破壞機制的作用。可將裂隙附近的巖體從二向應力狀態變為三向應力狀態，從而起到轉變巖體破壞機制和提高圍巖強度的作用[3]。

3) 提高圍巖體強度。注漿能夠提高裂隙與煤巖體之間的粘聚力和內摩擦角,增大巖體內部塊間相對位移的阻力,從而提高煤巖體的整體穩定性[4]。

4) 形成承載結構。注漿加固可使松散煤巖體重新膠結成整體,形成承載結構,充分發揮煤巖體的自穩能力[5]。

5) 改善賦存環境。破碎煤巖體經注漿加固，提高了煤巖體整體性能[6]。

3 高分子化學注漿聯合支護方案

3.1 注漿加固方案

1) 注漿材料。晉安加固Ⅰ號是一種低粘度，雙組分合成高分子聚亞膠脂材料，具有柔韌性良好、反應迅速、不溶于水、膨脹率高、施工用量小等特性；采用高壓灌注，樹脂和催化劑進行反應，受壓推擠，注入到煤巖層，可沿煤巖層裂縫延展至所有裂隙被充填滿；粘度低，能很好地滲入細小的裂縫中；具有極好的粘合能力與地層形成很強的粘合；其良好的柔韌性能承受隨后的地層運動；可與水反應并封閉水流；能提高地層的支撐力[7]。

2) 注漿孔位置及參數。根據現場巷道破碎裂隙發育情況，確定注漿擴散半徑約為1.5 m，再根據注漿擴散半徑在巷道頂板及左右兩幫部布置注漿孔；并根據現場情況適當調整注漿參數，排拒為3～6 m(如圖)。

圖1 注漿鉆孔布置斷面/m

頂板鉆孔布置：頂板每排3個孔，間排距3 m，頂板中間孔向掘進迎頭方向偏斜35°，頂板兩邊眼像兩幫方向偏斜25°、向掘進迎頭方向偏斜35°，鉆孔深度6 m，孔徑為42 mm，封孔深度2 m，單孔注漿量20～30桶。

兩幫鉆孔布置：兩幫上部注漿孔距頂板1 m，與水平夾角為25°，下部注漿孔沿水平方向，距底板1.5 m，兩孔孔深6 m，上下兩孔均向掘進迎頭方向偏斜35°，孔徑為42 mm。兩排孔之間的排間距為3 m，單孔注漿量30～40桶。

3) 注漿設備及配件。注漿設備選用氣動雙液化學注漿泵，配件有環向膨脹式封孔器(圖2)、雙液注射混合槍(圖3)、注漿管等。

圖2 環向膨脹式封孔器及工作原理

圖3 雙液注射混合槍

4) 注漿工藝過程。

圖4 注漿工藝流程

3.2 聯合支護方案

8107運輸巷迎頭煤體酥軟破碎有裂隙，提出采用錨索+錨桿+單體柱大板棚+噴漿聯合支護方案。頂板支護：采用D22 mm×L9 300 mm錨索6根加強支護，間排距為900 mm×800 mm，巷道兩幫按照間排距1 000 mm×800 mm，布置4根錨桿，兩幫錨索加強支護打設5.3 m的大孔徑預應力錨索，錨索布置方式為“2-2-2”，上下部錨索分別用D14 mm×3 600 mm×80 mm圓鋼焊制雙筋雙梁鋼筋梯子梁十字交叉連接。

4 礦壓觀測結果

為了監測、分析巷道圍巖控制效果，在地質構造區域巷道設置三組測站。通過分析60 d的礦壓觀測數據(圖5)得出，采用晉安加固I號高分子化學材料注漿加固后，其中頂底板移近量最大為130 mm，兩幫移近量最大為110 mm，巷道成型較好，未出現冒頂現象，可見采用晉安加固I號高分子化學材料注漿加固與聯合支護能夠有效地控制復雜地質構造區的巷道圍巖變形。

圖5 巷道掘進期間巷道表面位移觀測數據

5 結 語

8107運輸巷掘進工程實踐證明，應用晉安加固Ⅰ號高分子化學材料加固，采用錨索+錨桿+單體柱大板棚+噴漿聯合支護，極其有效地改變煤巖體的破碎、松散結構，提高復雜地質構造區掘進施工安全性，進而提高了掘進施工速度，保證正常的采掘接替，值得在相似地質條件礦井的掘進施工中應用。