馬蘭礦軌道大巷分段注漿加固技術應用研究

張 煜

（西山煤電馬蘭礦，山西 古交 030200）

1 工程概況

焦煤集團西山煤電馬蘭礦現階段主采石炭系太原組8 號煤層，屬穩定可采厚煤層，結構復雜，煤層結構1.20(0.20)3.03。煤層總厚為3.80～4.80m，平均厚度為4.43m，煤層傾角0～7°，平均傾角為4°，地面標高+1238m～ +1359m，井下位于+910m 水平，采用綜放開采，滾筒割煤高度為2.5m，采放比1:0.78。8#煤層頂板多為L1泥灰巖，底板多為粉砂質泥巖，其頂底板巖層詳細的特征如表1 所示。馬蘭礦南五采區工作面回采期間，采區軌道大巷出現明顯的失穩變形現象，已嚴重影響巷道的正常使用，需采取適當的措施進行治理。

2 軌道大巷底鼓機理分析

2.1 原有支護概況

馬蘭礦南五采區軌道大巷采用直墻半圓拱形斷面，巷道寬度為4.6m，直墻高度為1.6m，凈斷面為15.6m2。掘進期間永久支護方式為錨網索噴聯合支護。頂板和兩幫錨桿采用Φ20×2000mm 高強預應力錨桿，間排距為900×900m。頂錨桿每排打設7 根，幫錨桿每排3 根，第一排幫錨桿距頂板為200mm，并向下傾斜20°施工，其余兩排錨桿沿水平方向垂直煤壁安裝。頂板和兩幫錨桿采用全長錨固，安裝頂板錨桿時先注入兩支MSZ23/25 樹脂藥卷，再注入一支MSK23/25 樹脂藥卷。頂板錨索采用Φ17.8mm、長為6300mm 的鋼絞線，錨索間排距為1200×1800m，采用“三花”布置方式。每根錨索采用三根 MSZ23/80 型樹脂錨固劑。頂板和兩幫采用矩形鋼筋網，鋼筋采用直徑6.5mm 的光圓鋼筋，網格尺寸為100×100mm。巷道表面噴射厚度約為200mm 的C20 混凝土。南五采區軌道大巷掘進期間，永久支護斷面詳情如圖1 所示。

2.2 礦壓顯現特征分析

為具體了解南五采區軌道大巷圍巖的變形特征，在18501 工作面對應的240m 段軌道大巷內，通過圍巖位移現場監測獲取其圍巖變形的詳細情況[1]。根據現場得到的數據整理得到表2 所示的結果，其中圍巖位移量均為對應巷段測得的最大值。

表1 8#煤頂底板巖性特征表

圖 1 軌道大巷原有支護斷面

表2 軌道大巷圍巖變形量統計結果

巷道圍巖的變形量在多種因素影響下，在不同的巷段圍巖的變形形式和程度將有很大的差異，因此可根據巷道圍巖的變形特征將其劃分為不同的區段，針對具體的圍巖變形情況合理地設計其加固措施。依據巷道圍巖變形量對巷道頂底板圍巖穩定性進行分類[2-3]，分類情況如表3 所示。

表3 巷道圍巖分類表

根據表3 所示的分類標準對馬蘭礦南五采區軌道大巷圍巖變形進行分類。L1、L2、L3、L5巷段頂底板移近量最大值在200～600mm 范圍內，屬于Ⅳ類“不穩定圍巖”；L4、L6巷段頂底板移近量達600～1000mm，屬于Ⅴ類“極不穩定圍巖”，該種圍巖具有巷道變形量大、圍巖破碎嚴重、支護起來非常困難等特點。

3 軌道大巷圍巖加固技術

為恢復南五采區軌道大巷的使用，滿足采區運輸工藝及安全的斷面要求，需對巷道進行臥底，恢復巷道的凈高和凈寬。現場勘查情況表明，南五采區軌道大巷底板基本處于浸水破碎狀態，地下水的浸泡是底板嚴重變形的關鍵因素。為防止底板滲水，臥底后需進行鋪底，采取底板澆筑、兩幫頂板噴射混凝土的措施，提高巷道表面的強度。對于局部圍巖變形破裂出現的明顯裂口，采用水泥砂漿充填嚴密，能夠起到防止注漿時漿液滲漏的作用[4]。對于軌道大巷的“不穩定圍巖”巷段采取“臥底+鋪底+排水+注漿”補強方案。對于“極不穩定圍巖”條件下的巷段，巷道頂板和兩幫圍巖破碎嚴重，原有支護方案基本已完全失效，因此在底板注漿的基礎上，設計采用注漿錨索對頂板和兩幫進行加固。

根據以上研究成果可知，南五軌道大巷變形嚴重的240m 范圍內均需要“臥底+鋪底+排水+注漿”進行加固，底板采用注漿管進行注漿。注漿孔直徑為33mm，注漿孔深為3000mm，注漿管直徑為28mm，長度為2500mm，注漿孔間排距為1500×2000mm。靠近兩幫的注漿孔緊貼底角布置，并向巷道外側傾斜30°鉆進，靠近巷道中部的兩排注漿孔垂直向下施工。采用馬麗散進行封孔，封孔長度不小于30cm。采用水泥—水玻璃雙液漿，水泥漿液水灰比為1:0.3，水泥漿和水玻璃漿體積比約為3:2，注漿壓力為1.5～3.0MPa。底板注漿錨桿的布置詳情如圖2 所示。

圖 2 底板注漿加固示意圖

圖 3 軌道大巷頂板和兩幫圍巖注漿加固示意圖

4 現場應用效果

對L1、L2、L3、L5“不穩定圍巖”巷段采取底板“臥底+鋪底+排水+注漿”的加固措施，對L4、L6“極不穩定圍巖”巷道采取底板注漿+頂幫錨索注漿的加固措施。由于現場工期進度緩慢，測點1、2 均布置在“不穩定圍巖”段，如圖4 所示。軌道大巷圍巖位移規律如圖5 所示。礦壓監測初期，巷道底板的變形速度較大，隨著監測時間的增加，底板變形速度逐漸減小并最終趨近于零。為期60d 的礦壓觀測期間，測站1、2 底鼓量累計分別為129.6mm、97.4mm，底鼓量很小，不影響巷道的正常使用，說明通過底鋪底+注漿的控制技術，一定程度上控制了該類浸水地板軟巖巷道的底鼓變形。

圖 4 圍巖位移監測點布置

圖5 軌道大巷圍巖位移規律