多重應力作用下變形巷道加固技術應用分析

侯 波

（晉煤集團質監站， 山西 晉城 048006）

井下采掘施工中會破壞煤巖體原巖應力平衡狀態，當多個采掘工作面集中采掘施工時，會對采掘工作面附近煤巖體及巷道產生集中應力破壞作用，當集中應力大于巷道圍巖支護強度時，圍巖出現不同程度的破壞作用；所以分析不同條件下的巷道變形破壞機理，在變形初期采取科學有效的加固措施[1]，能夠阻止巷道進一步破壞，減少后續工作量，提高煤礦生產效率。本文通過對寺河礦東四盤區西翼回風一巷采動動壓分析，結合變形后采取的補強措施及效果，提出多重應力下巷道未變形或變形初期對巷道實施補強預加固的措施，從而有效阻止巷道破碎變形現象。

1 東四盤區西翼的概述

東四盤區西翼中部回風一巷設計長度為2 400 m，巷道斷面規格為寬×高=5.0 m×3.8 m；巷道以東為東翼大巷及4304 綜采工作面回采區域，以南分別為回風二巷、4305 工作面，以北為西翼中部膠帶巷。

回風一巷回采煤層為二疊系下統山西組下部的3 號煤層，煤層平均厚度為6.13 m，煤層傾角為平均6°，巷道沿3 號煤層底板東西走向布置；3 號煤層偽頂主要以灰黑色炭質泥巖為主，平均厚度為0.3 m；直接頂主要以灰黑色砂質泥巖為主，平均厚度6.4 m；老頂主要以黑灰色粉砂巖為主，平均厚度為7.5 m受4305、3313 工作面回采動壓影響，巷道變形比較劇烈，并出現頂板下沉、底鼓、幫鼓現象，尤其在交岔點附近區域變形表現尤為突出。主要表現在：頂板下沉嚴重，最大下沉量達0.45 m，且局部區域頂板出現傾斜跨距；底鼓現象嚴重，最大底鼓量達0.89 m；巷幫維護難度大，巷幫塌方嚴重，成型效果差等，導致巷道二次維護難度大，維修周期長，且不利于巷道安全施工。

2 巷道變形特點及變形機理

2.1 巷道變形特點

1）巷道后期變形量大。巷道掘進初期不收采動影響或采動影響小，隨著工作面不斷回采，巷道四周采空區及回采工作面數量增加，巷道受多重應力影響大，導致巷道后期圍巖變形嚴重[2]。

2）巷道圍巖存在長期性變形特征。巷道在多重應力作用出現圍巖蠕動變形，且蠕變存在時間效應，隨著時間推移蠕變現象逐漸降低，但對巷道圍巖仍存在破壞作用，直至蠕變現象消失。

3）巷道底鼓嚴重。巷道受多重應力后頂板先出現下沉、破碎現象，隨著應力加大，集中應力沿幫部煤柱傳遞至底板，軟巖底板在兩側垂直應力剪切作用下，底板中部出現嚴重底鼓現象[3]。

2.2 巷道變形機理

1）4305、3313 兩個工作面回采動壓影響。4305工作面與3313 工作面為對拉工作面，兩個工作面在回采至停采線10 m 處，在回風一巷處產生超前應力，在兩個超前集中應力疊加作用下，導致回風一巷及其周邊巷道變形嚴重。

2）東四西翼蓋山厚度大，地應力高。從工作面的綜合柱狀圖可以得出，西翼3 號煤層蓋山厚度超過500 m，較東翼偏高，地應力因素影響顯著。

3）瓦斯抽采破壞煤體穩定性。由于回風一巷及其他集中大巷在掘進前需進行煤層瓦斯預抽，巷道掘進期間瓦斯抽放鉆孔數量多，而且在進行瓦斯抽采時會對煤體產生卸壓作用，導致煤體內產生復雜裂隙[4]，并且隨著裂隙延伸擴展致使裂隙出現貫通現象，從而破壞了煤體穩定性。

4）局部巷幫錨桿支護系統整體完整性喪失：在應力破壞作用下巷幫出現片幫現象，片幫錨桿加固件（如小鋼帶、鋼方墊等）失去預緊加固作用，從而導致錨桿支護失效，在聯鎖作用下巷幫破壞更加嚴重，當巷道兩幫產生大變形破壞時，巷幫支承作用力降低，造成頂板承載梁破壞，引起頂板斷裂現象。

3 注漿加固技術應用

3.1 注漿加固材料選擇

1）回風一巷注漿材料主要采用的是聯邦無機加固材料，該材料屬于新型地質聚合物注漿材料，且主要以無機礦粉為主，在進行配料時水灰比為1.2∶1.0，保證煤體注漿后在10 d 范圍內凈漿煤體抗壓強度不低于12 MPa。

2）聯邦無機加固材料性能主要表現為快凝、早強型、高滲透性等特性，凝結時間和膠結強度可根據水灰比進行相應調節[5]。

3.2 巷幫注漿施工

1）針對巷道在不同區域變形程度不同的特點，采用巷幫單側注漿和巷幫兩側注漿的方式進行對巷道進行加固，其中，對于巷幫變形破壞嚴重區段，采用向巷道兩幫注漿加固的方式。采用單側、雙側分區域注漿的優點：能夠保證提高巷道整體穩定性的前提下，減少注漿鉆孔的施工量，提高注漿效率。

2）巷幫主要采用淺孔注漿方式，每排施工3 個鉆孔，鉆孔間距為1.2 m，第一個鉆孔位置距頂板間距為0.5 m，鉆孔深度為3.0 m，排距為5.0 m，鉆孔直徑為45 mm；頂底板兩個鉆孔分別以10°仰俯角布置，如圖1 所示。

圖1 回風一巷注漿鉆孔布置示意圖（mm）

3.3 頂板注漿施工

1）頂板注漿鉆孔主要采用深淺孔交替布置方式，淺孔每排布置兩個，鉆孔深度為3.0 m，鉆孔間距為3.0 m，鉆孔排距為5.0 m；深孔鉆孔每排一個，施工在相鄰兩排淺孔鉆孔中間，鉆孔深度為8.0 m，排距為5.0 m，如圖1 所示。

2）在破碎頂板進行鉆孔施工時，為了提高鉆孔成型率，破碎區域鉆孔段安裝護孔管，每節護孔管長度為0.5 m，直徑為43 mm，在護孔管上均勻布置直徑為10 mm 滲液孔。

3.4 底板注漿施工

1）受強烈動壓影響，大巷部分地段底鼓劇烈，底鼓量達到1 000～1 500 mm，這主要是由于底板無支護造成的。由于底鼓量大，行人、運輸、加固巷道等比較困難，首先要對巷道進行起底工作，保證足夠的通風斷面。

2）采用起底的方法不能徹底解決底鼓問題，而且導致兩幫收斂進一步增大。因此起底工作結束后要對巷幫和底板進行注漿加固，并采用注漿錨索進行補強支護。

3）底板每排布置三根注漿錨索，錨索長度為4.0m，直徑為17.8 mm，錨索間距為2.0 m，排距為3.0 m，錨索垂直底板布置，在錨索外露端安裝一根長度為4.5 m 鋼筋托梁并預緊，然后對錨索鉆孔插入注漿軟管并進行注漿施工，保證錨索全長錨注。

4 結語

對回風一巷注漿加固后分別在巷道圍巖安裝位移監測儀，并對頂板安裝了LBY-3 型頂板離層指示儀，通過30 d 巷道圍巖變形情況觀察發現，變形巷道采取注漿加固后，控制了巷道兩幫破碎、片幫現象，兩幫移近量控制0.25 m 范圍內；頂板穩定性得到有效提高，頂板網上8 m 范圍內未出現離層現象；底板鼓起量控制在0.3 m 以下，大大提高了巷道成型率，取得了顯著應用成效。