地質構造影響區松軟破碎巷道圍巖注漿加固技術

朱相合

（霍州煤電集團云廈建筑工程有限公司云森環境科技分公司，山西 霍州 031400）

隨著煤巖采深增加，井下采掘作業面受到地質構造影響更為明顯，在地質構造復雜區域內進行的采掘活動會破壞巖層原有的應力平衡，使得巷道圍巖變形量增加[1-2]。針對地質構造破碎區域，巷道圍巖采用普通錨網索支護難以對圍巖變形進行控制，同時容易出現錨桿支護體系失效、鋼架棚彎曲等問題[3]。文中以山西某礦805運輸大巷過陷落柱、斷層為工程背景，針對圍巖松軟破碎問題提出采用注漿加固方式對圍巖控制，確保巷道掘進及使用安全。

1 工程概況

礦井805運輸大巷沿南北方向布置，主要用于原煤運輸、通風機行人，巷道斷面為半圓拱形（寬×高=4.2 m×5.17 m），采用鋼棚+錨網索聯合支護法支護。由于巷道掘進區域斷層、陷落柱較為發育，從而造成圍巖破碎。根據前期勘探成果，發現巷道掘進范圍受到6處斷層、陷落柱影響顯著，巷道在現有的圍巖支護技術下變形嚴重，其中頂底板最大變形量在1 000 mm、巷幫移近量達到1 560 mm。具體805運輸大巷位置及構造分布情況見圖1。

圖1 805運輸大巷位置及構造分布示意圖

2 圍巖注漿作用分析

2.1 充填加固

注漿加固是通過向煤巖體內注入有機或無機漿液來達到改善圍巖物理力學性質。對破碎巖體進行注漿后，在注漿影響范圍內的巖體裂隙被注漿漿液充填并將破碎巖體膠結為一個整體，增加破碎巖體提升圍巖巖體自身的內摩擦角及粘聚力，從而達到提升巖體承載能力及穩定性目的。

2.2 增強錨桿支護效果

錨桿支護是現階段礦井主要支護措施，錨桿支護一般采用端頭錨固形式，相對于全長錨固而言其提供的承載力較小。根據以往研究成果可知對端錨錨桿注漿加固后，可將錨桿由端錨轉換成全錨，從而提升錨桿支護效果[5-6]。

2.3 形成支撐骨架

在注漿壓力作用下注漿漿液沿著巖體裂隙擴散，由于破碎巖體裂隙一般相互連通，所以注漿漿液膠結后會形成結構連續的支撐骨架。形成的支撐骨架可使得原本破碎的巖體具有完整的形態，從而達到提升巖體強度目的，具體注漿后形成的支撐骨架結構見下頁圖2。

3 巷道注漿施工

3.1 方案設計

3.1.1 注漿孔位置及孔深

根據805運輸大巷掘進區域內斷層、陷落柱等地質構造發育情況，在巷道頂板、巷幫及幫肩等位置布置注漿孔，孔深、孔排均為3 m。

頂板、巷幫及幫肩均各布置1個注漿孔，頂板及巷幫注漿孔垂直頂板、巷幫布置，幫肩注漿孔與水平方向有50°夾角，具體注漿孔布置位置見圖3。

圖2 支撐骨架結構示意圖

圖3 巷道注漿孔布置示意圖（mm）

3.1.2 注漿材料

805運輸大巷注漿選用水泥、JCT-2復合劑、JCT-3固化劑混合而成的復合材料，具體配比為：JCT-3固化劑∶水∶（水泥+JCT-2復合劑）=1.5∶0.5∶1。JCT復合劑添加量為水泥量的15%。

3.1.3 注漿壓力

注漿材料選用復合材料，由于地質構造造成的巷道圍巖較為破碎，為了確保巷道圍巖在注漿過程中不會出現由于注漿壓力過大導致圍巖再次被劈裂問題，將注漿壓力設計為2~4 MPa。

3.1.4 鉆孔注漿量

巷道每米注漿量Q可通過下式計算：

式中：ρ為注漿漿液密度（取值1 585 kg/m3）；β為注漿充填系數（取值0.6）；λ為注漿漿液損失系數（取值1.4）；η巷道圍巖孔隙率（取值3%）；L為注漿孔深孔（取值3 m）；h為巷道直墻段高度（取值1.95 m）；b為巷道拱形段長度（取值6.6 m）。

將上述參數帶入公式（1）即可求得805運輸大巷在圍巖破碎區內每米長度需要的注漿量Q=1 254.2 kg。根據注漿鉆孔布置方案，并預留1.3的注漿富裕系統，則單個注漿孔的平均注入量為1 630 kg。

3.2 注漿質量控制

由于805運輸大巷圍巖破碎，為了確保注漿效果，將圍巖注漿分循環布置，即為采取跳注方式，間隔一個注漿孔注漿。循環注漿長度控制在12 m，具體注漿步驟為：

1）先對巷道左幫進行注漿，當注漿長度達到12 m（即為完成2個注漿孔注漿時）將注漿泵及附屬設備右幫進行注漿；待巷幫注漿完成后再對頂板進行注漿，從而完成一循環注漿（共計完成6個注漿孔注漿，左幫、右幫及頂板各完成2個注漿孔注漿）。

2）當巷道完成一循環注漿后，再開始堆右幫剩余的2個注漿孔進行注漿，右幫注漿完成后依次對左幫、頂板進行注漿。從而完成二循環注漿。具體一、二循環注漿過程見圖4。

圖4 一、二循環注漿示意圖

4 注漿效果分析

由于注漿為隱蔽工程，注漿完成的注漿效果難以直觀表達。為了考察注漿效果，采用鉆孔窺視儀（型號CXK12）窺視注漿后圍巖裂隙充填情況，從而對注漿效果進行判定。在注漿加固區共計布置8個窺視鉆孔，具體部分窺視鉆孔窺視圖像見圖5。

圖5 鉆孔窺視圖像

從圖5中看出，通過對圍巖注漿加固后，在離巷道表面0~0.15 m范圍可在圍巖裂隙中清晰看到注漿漿液固化形成的暗紅色材料；在離巷道表面0.15~2.00 m范圍內可清晰看到大、小縫隙均被注漿漿液充填，從而使得破碎巖體被注漿材料膠結；在離巷道表面2.00~3.00 m范圍內鉆孔孔壁完整，注漿材料在巷道表層圍巖內均勻擴散。從鉆孔窺視結果可得出，注漿漿液在破碎圍巖裂隙中擴展，膠結后可提升圍巖整體強度及穩定性。

對注漿完成后巷道圍巖變形量進行觀測，發現注漿完成60 d后巷道頂板、巷幫最大變形量均在10 mm以內。

5 結語

805運輸大巷圍巖在斷層、陷落柱影響下松軟、破碎，從而造成巷道圍巖控制困難，給后續的使用帶來不利影響。在對注漿加固作用分析基礎上，根據運輸巷實際地質及支護條件，對注漿加固方案及加固工藝進行詳細設計。現場應用后，巷道周邊3 m范圍內的破碎圍巖裂隙被注漿漿液充填，圍巖穩定性得以顯著提升，并將巷道圍巖變形量控制在10 mm以內。