復用巷道應力區注漿加固技術應用分析

盧 義， 張安慎

(1.山西王家嶺煤業有限公司，山西 忻州 036600；2.山西煤炭運銷集團科學技術研究有限公司，山西 太原 030006)

1 概述

18105工作面為王家嶺煤業第3個回采工作面，東部為已回采的18103采空區，西部為待采的18107實體煤。工作面開采8#煤層，工作面長1 986.6 m，寬222.4 m，煤厚6.5 m～8.60 m，煤層傾角6°，采煤方法為綜采放頂煤，采高3.5 m，放高4 m左右。煤層絕大部分含2層～3層夾矸。煤層上方偽頂厚0 m～0.5 m，為炭質泥巖；偽頂上方為泥巖直接頂，厚度2 m～3 m。直接頂上方為厚層完整砂巖老頂，厚度超過20 m。18105工作面采用兩進一回布置，膠帶和輔運順槽間凈煤柱為30 m，輔運順槽留下復用，作為18107工作面回風順槽。

18105輔運順槽與18107膠帶順槽間預留保安煤柱寬度為35 m，18105輔運順槽沿8#煤層底板掘進，巷道掘進寬度為5.5 m，掘進高度4.2 m(鋪底0.2 m)，巷道采用錨桿錨索支護。

18105工作面回采結束后18105輔運順槽留下用作18107輔運順槽，如圖1所示，其900 m～1 100 m段由于向斜地質構造、工作面停留時間較長等原因出現底鼓、幫部網包和頂板下沉現象。為防止變形段在18107回采超前支承壓力作用下再次出現大變形，影響18107回采面正常推進。

圖1 18105膠帶順槽平面布置示意圖

2 應力區支護方案確定

通過技術研究對18105輔運順槽應力區提出了“棚式支架支護”、“錨桿、錨索加強支護”、“注漿加固”等三種方案[1-3]。

2.1 棚式支架支護

棚式支架支護主要利用棚式支架配合金屬網對頂板進行聯合支護，該支護屬于被動支護，對圍巖施加的主動預應力效果差，棚式支護在支護過程中當圍巖發生變形擠壓時，鋼棚對圍巖產生一個控制作用力，從而對圍巖變形進行擠壓控制，棚式支護在作用過程中圍巖與此同時也在發生變形過程；當棚式支架在高應力圍巖中進行支護時圍巖變形量增加，支架承載作用力也相應增加，當圍巖應力大于支架承載載荷時，支架出現變形、斷裂現象，同時大變形、應力圍巖會進一步加速支架破壞[4-5]。

2.2 錨桿、錨索加強支護

對于新開挖的巷道圍巖整體穩定性相對較好，及時采用錨桿、錨索支護時可以有效控制圍巖裂隙擴張現象，使巷道頂板形成次生承載結構，保證巷道圍巖穩定性，從而有效防止因巷道開挖后圍巖出現破碎現象；但是對于二次復用巷道，巷道在應力作用下巷道圍巖完整承載結構消失或承載能力降低，錨桿、錨索在開裂破壞圍巖中可錨性降低，錨桿、錨索支護時預緊力不足，降低了錨桿支護效果；同時，圍巖出現裂隙、離層時在裂隙部位會阻止錨桿、錨索作用于圍巖的預應力傳遞，如圖2所示。同時，圍巖連續變形開裂失去了約束作用，在高應力作用下從圍巖表層至深層發生擴容性破壞。因此，簡單的錨桿支護無法對變形圍巖進行控制與維護。

圖2 圍巖離層開裂對錨桿支護作用的影響

2.3 注漿加固

采用注漿加固時，注漿材料在壓力作用下滲透至裂隙內并進行粘接，使裂隙巖體再次形成穩定連續結構；裂隙帶內注入的漿液凝固體較強的載荷強度時，可以有效防止在高應力作用下巖體裂隙帶處出現擴容破壞作用；由此可見注漿加固技術是在改變圍巖結構過程中提高圍巖承載強度，所以合理選擇具有高強度結石體的注漿漿液對裂隙圍巖加固效果起著重要作用；破碎圍巖注漿后提高了整體完整性，保證了錨桿、錨索支護時預應力傳遞。所以，決定對18105輔運順槽應力區采取注漿加固技術。

3 注漿加固技術應用

3.1 注漿加固目的

高壓注漿的目的是通過注漿液滲透至圍巖裂隙內，將破碎圍巖進行重新粘接組合，恢復圍巖完整性，形成連續穩定的結構體，再一次提高破碎圍巖承載能力，從而保證錨桿、錨索支護后預應力能夠很好地傳遞，提高錨桿、錨索支護質量。

3.2 注漿材料選取

18105輔運順槽應力區注漿加固材料采用化學改性水泥漿。煤體水泥注漿使用525#普通硅酸鹽水泥，使用水玻璃改善漿液懸浮性和流動性，添加漿液黏結改性液，提高漿液固化后對破碎煤巖的黏結力。水泥漿內添加XPM添加劑，添加劑用量一般為8%～10%。水泥漿的水灰比為0.6∶1～1∶1(根據現場注漿情況調整)。使用水泥-水玻璃雙液漿時水玻璃濃度為48 Be’～55 Be’(根據現場情況進行調整)，模數M=2.8～3.2。水泥漿和水玻璃的體積比為1∶0.4～1∶1。

3.3 注漿施工

1) 注漿孔布置：18105輔運順槽幫、頂圍巖水泥注漿孔，沿巷道斷面成排布置，巷道幫頂注漿鉆孔呈五花布置，孔排距為1.8 m，幫部注漿孔間距為1.6 m，頂板注漿孔間距為2.0 m。受到管路的影響時，可根據現場施工條件進行適當調整。

2) 鉆孔施工：兩幫頂角、底角鉆孔使用ZYJ-270/180架柱式液壓回轉鉆機打孔，鉆頭直徑Φ56 mm；兩幫其余垂直鉆孔使用ZQS-65/2.5防突鉆機打孔，鉆頭直徑Φ44 mm；頂板使用ZYJ-270/180架柱式液壓回轉鉆機打孔，鉆頭直徑Φ56 mm。

3) 鉆孔技術參數：巷幫靠近頂板孔仰角為5°，靠近底板孔俯角為15°，其余鉆孔垂直于兩幫；頂板靠近兩幫的注漿鉆孔與垂直巷道頂板方向呈15°夾角，其他鉆孔垂直巷道頂板施工。18105輔運順槽巷幫水泥注漿孔深度4 500 mm，頂板水泥注漿孔深度為6 000 mm。

3.4 應用效果分析

3.4.1 巷道表面位移觀測

采用十字布點法安設巷道表面位移監測斷面。首先分別在巷道頂板以及兩幫中部各施工一個深度為0.4 m，直徑為30 mm的圓孔，并將直徑為32 mm的木樁打入孔內；頂板木樁以及右幫木樁端部安裝彎型測釘，底板以及左側木柱端部安裝平頭測釘，兩監測斷面沿巷道軸向間隔為0.6 m～1.0 m。

3.4.2 實際應用效果

對應力區巷道采取注漿加固后，對圍巖進行30 d觀察發現，在注漿后0 d～10 d范圍內由于圍巖出現蠕動變形，注漿材料凝固效果相對較差，圍巖出現局部小變形現象，頂板最大下沉量為0.25 m，底鼓量為0.22 m，兩幫收縮量為0.37 m；在10 d～30 d范圍內，注漿材料與巷道圍巖達到耦合作用，巷道圍巖變形量趨于零。

4 結語

王家嶺煤礦對18105輔運順槽應力區變形段采取注漿加固技術后，注漿材料充填了遭到破壞的圍巖內部裂隙，加強了裂隙圍巖整體單軸抗壓強度，降低了裂隙發育現象，以有利于錨桿錨索錨固預緊時力的傳遞，大幅度提高加固質量和效果，提高了圍巖結構整體穩定性，降低了圍巖變形現象，具有顯著的應用成效。