地質構造影響松軟破碎巷道圍巖注漿加固技術研究

摘 要：為了降低地質構造帶破碎圍巖對巷道掘進影響，以1608運輸巷掘進為工程研究對象，提出采用注漿加固方式提高圍巖承載能力及穩定性，避免掘進過程中出現頂板冒落，采用錨網索+鋼棚方式對圍巖進行控制。現場應用后，巷道掘進過斷層破碎帶時未出現冒頂征兆，頂板、巷幫位移量分別控制在92mm、53mm以內，確保了巷道掘進安全。

關鍵詞：地質構造;破碎帶;巷道掘進;注漿加固

隨采深增加煤炭賦存條件更趨復雜，巷道掘進過程中受地質構造影響更為顯著，不僅制約巷道掘進效率而且會給巷道圍巖控制帶來不利影響[1]。確保地質構造影響附近破碎圍巖控制已成為煤炭生產過程需要解決的關鍵問題之一[2～3]。眾多學者提出采用管棚、錨桿預加固、耦合支護等方式對破碎圍巖進行控制，取得一定的成果，但對松軟破碎圍巖控制仍需進一步研究[4～6]。

1 工程概況

某礦1608運輸巷標高為+1080m，主要用于1608采面運輸，巷道位于1508綜采工作面西側200m位置，西側為盤區集中運輸、回風巷。1608運輸巷周邊無采掘作業面。巷道沿著3#煤層底板掘進，3#煤層厚度平均3.5m、傾角6°。1608運輸巷掘進至105m時遇到F21斷層（H=3.9m，123°∠42°），該斷層與巷道掘進方向按25°斜交。1608運輸巷設計斷面為直墻半圓拱，斷面積為10.4m2。文中就對1608運輸巷過F21斷層破碎帶注漿加固技術展開研究。

2 斷層破碎帶注漿加固研究

2.1 圍巖變形破壞機理分析

在F21斷層影響下圍巖破碎，當1608運輸巷掘進至斷層破碎帶附近時，上覆巖層應力在掘進迎頭與斷層煤柱間應力集中，巷道容易出現底鼓、頂板下沉以及巷幫收斂等問題。當巷道繼續掘進，穿過斷層破碎帶時，在高應力作用下巷道圍巖容易出現大變形，嚴重時會出現頂板冒落問題。當巷道掘進通過斷層破碎帶后巷道頂板內應力較高，由于1608運輸巷頂板為堅硬的K2灰巖，頂板應力會通過巷幫向底板轉移，從而使得巷幫變形量過大、底板底鼓。因此，文中采用注漿加固方式提高使得斷層破碎帶內圍巖形成一個整體，提高整體承載能力，降低圍巖變形，為巷道掘進創造良好條件。

2.2 圍巖注漿加固

2.2.1 注漿孔設計

根據1608運輸巷掘以及F21斷層賦存條件推斷得此，F21斷層破碎帶長度約為48m，為了確保巷道掘進安全，采用預注漿方式提高圍巖穩定性。具體在巷道頂板向著推進方向布置5個注漿鉆孔，注漿加固長度共計60m，布置的注漿孔孔深4500mm、孔徑45mm，具體布置見圖1。

2.2.2 注漿漿液

為了降低注漿加固成本，采用水泥漿進行注漿，水泥為普通硅酸鹽水泥。水灰比=0.75～2：1，在水泥漿中參加一定量水玻璃提高漿液流動性、強度及和易性，具體水泥漿液中水泥、水玻璃比例為1：1，水玻璃選用濃度為35～42Bé。在注漿過程中注漿漿液水灰比配比見表1，具體水灰比調整根據現場注漿情況調整。

注漿時注漿壓力緩慢增加，正常保持在0.5～1MPa，終壓按照2.0MPa執行。根據經驗當圍巖變形量達到30mm時表明圍巖內松動裂隙發育范圍已達1500mm以上，此時為最佳注漿實際，可確保注漿漿液擴散范圍達到2000mm。

2.2.3 注漿量

注漿選用型號QB152注漿泵及攪拌桶，采用型號MLX50-27-32Z中空注漿錨桿注漿。起始注漿時注漿壓力穩定在0.5～1MPa，由于斷層破碎帶內裂隙發育且圍巖強度較低，因此，將終壓從2MPa提升至5MPa。1608運輸巷過F21斷層破碎帶時總注漿量可通過下式計算：

其中：Q為總注漿量（m3）;A注漿漿液消耗系數（無量綱）;H為注漿加固范圍（m）;R為注漿漿液有效擴散半徑（m）;N為斷層破碎帶圍巖孔隙率（%）;β為充填系數（無量綱）;m為結石率（%）;N為注漿孔數（個）。

根據1608運輸巷實際情況，H=60m、A=1.5、R=1.45m、

n=5%、β=0.95、m=85%、N=5，將上述參數帶入公式（1）計算求得Q=1975m3。

2.3 其他支護措施

2.3.1 超前支護

在1608運輸巷與F21斷層交匯前約15m位置時，在斷層影響在圍巖已注漿破碎，因此，采用通過布置超前錨網索對圍巖進行控制;待巷道掘進至斷層前5m時開始減少錨網索間距，提高圍巖支護強度。

巷道頂板、巷幫采用規格Φ20×2200mm、Φ18×2200mm螺紋鋼錨桿，間距1200mm。

全面斷面掛金屬網，網片間搭接距離控制在100mm左右。錨索規格為Φ18.9×6500mm，間距1600mm。

2.3.2 架棚支護

巷道過斷層破碎帶時在高應力作用下圍巖破碎，局部區域會出現較大變形，為了確保圍巖穩定，采用鋼棚對圍巖進行控制。具體采用U29型鋼支架（規格5500mm× 4700mm）對圍巖破碎區域進行加固，當巷道掘進后立刻進行初噴（厚度50mm），隨后采用U29型鋼支架控制圍巖。鋼棚間通過拉桿（φ16×1160mm圓鋼）連接，棚梁、兩個棚腿各2根。

3 加固效果檢驗

在1608運輸巷過F21斷層破碎帶時采用注漿加固技術，并結合錨網索、架棚方式對圍巖進行控制。在巷道內布置測點對圍巖控制情況進行監測，具體結果見圖3。

從圖中看出，在巷道支護初期圍巖變形量較大，支護完成30d后圍巖變形量顯著降低，支護完成45d后圍巖變形基本趨于穩定。最終巷道頂板、巷幫變形量分別穩定到92mm、53mm，巷道掘進期間未出現頂板冒落問題。表明，注漿加固為巷道掘進提供了良好條件，可確保巷道掘進安全。

4 總結

①1608運輸巷過F21斷層時，由于受到斷層影響圍巖破碎、應力集中，若采用常規的錨網索方式控制圍巖頂板出現冒頂可能性較大，會給巷道掘進安全帶來不利影響。為此，提出采用預注漿方式對掘進工作面前方破碎煤巖體進行加固，從而提高煤巖體穩定性;

②注漿后采用錨網索、鋼棚對圍巖進行支護，現場應用巷道掘進期間未出現冒頂征兆，圍巖變形量較小。表明，文中提出的注漿加固方案可為巷道掘進過斷層破碎帶提供良好條件，可確保巷道掘進安全。

參考文獻：

[1]張立生.松軟破碎巷道圍巖注漿加固支護技術[J].山東煤炭科技，2020（07）：38-39.

[2]梁苗，王輝，張磊，褚海艷.松軟破碎巖層大斷面硐室定位注漿加固技術研究[J].煤炭工程，2020，52（02）：38-41.

[3]衛曉勇.松軟破碎圍巖巷道掘進與支護技術研究[J].能源與節能，2019（06）：131-132+147.

[4]婁東旺.松軟破碎頂板煤巷支護技術應用[J].技術與市場，2018，25（07）：148+150.

作者簡介：

王偉（1986- ），男，山西省靈石縣人，2013年1月畢業于太原理工大學，采礦工程專業，本科，現為工程師。