掘進巷道過地質構造帶注漿加固技術研究

郝明劍

（山西焦煤汾西礦業賀西煤礦， 山西 柳林 033300）

引言

礦井回采巷道掘進過程中會遇到斷層、褶曲、陷落柱等地質構造，在地質構造影響帶附近煤巖體通常較為破碎[1-2]。巷道掘進過地質構造時常出現底鼓、冒頂及圍巖變形量過大等問題[3-5]。底鼓及圍巖變形量過大可通過強化圍巖支護進行控制，但是冒頂會給作業人員工作安全帶來較大威脅。統計資料顯示，冒頂事故約占礦井總事故的40%以上、掘進工作面冒頂占礦井冒頂總事故的70%以上[6-7]。因此，確保掘進巷道過地質構造區圍巖穩定是礦井安全生產需要重點解決的問題。

注漿是提高破碎圍巖穩定性的主要措施，本文以30906 回風巷過斷層構造為工程實例，通過注漿不僅可避免頂板冒落，而且有效控制了圍巖變形，取得較好應用成果。

1 工程概況

山西某礦30906 綜采工作面位于三盤區中部，采面主要回采9 號煤層，煤層厚度4.2 m、傾角5°、埋深平均406 m。9 號煤層賦存較為穩定，為全區可采煤層，煤層頂板以泥巖、細砂巖為主；底板以泥質粉砂巖、粉砂巖為主。三盤區已經回采完畢的30901、30902、30903 等工作面均不同程度揭露了斷層、破碎煤巖體帶等地質構造，回采巷道圍巖變形整體較大。

30906 回風巷設計斷面為矩形，寬4 500 mm、高3 100 mm，設計掘進距離1 680 m。巷道采用錨桿+U型鋼支護。根據臨近采面揭露地質構造情況及已知的地質資料顯示，30906 回風巷掘進過程中會揭露多個斷層及煤巖體破碎區，給巷道圍巖控制帶來較大影響。

2 巷道掘進過地質構造加固技術

巷道掘進過地質構造時，可通過減少錨桿、錨索間距強化圍巖控制，同時通過增設U 型架棚強化圍巖支護。增加圍巖支護強度，雖然可降低圍巖變形量，但是無法減少圍巖裂隙。為了提高圍巖整體強度，應采用注漿方式充填圍巖裂隙，提高巖體內摩擦角、黏聚力等。30906 回風巷掘進過程中遇到地質構造后，圍巖裂隙發育。為確保圍巖穩定，需要進行注漿及圍巖噴漿，注漿主要集中在頂板、巷幫，通過錨索補強支護；頂板及巷幫均需要噴漿，噴漿層厚度控制在100 mm 以上，通過噴漿降低空氣、水等頂板砂質泥巖，弱化影響。通過頂板注漿、巷幫錨索補強方式控制地質構造帶影響區內煤巖體，不僅可確保圍巖穩定，而且可降低注漿給回采原煤煤質帶來的影響。

2.1 頂板注漿加固鉆孔布置

在地質構造影響區域巷道頂板上布置三排注漿錨索，兩側注漿錨索與巷幫間距均為0.8 m、均外插65°，中間注漿錨索垂直頂板施工。為確保地質構造影響區內頂板巖層穩定，施工的注漿錨索長度均為8.0 m，注漿孔排距均為2.0 m。為了降低注漿對回采的原煤煤質影響，提出采用錨索對煤壁進行強化支護。具體巷道頂板注漿孔、巷幫錨索布置如圖1 所示。

圖1 巷道頂板注漿孔、巷幫錨索布置示意圖（單位：mm）

2.2 注漿鉆孔施工工藝

為避免鉆孔注漿過程中出現串孔問題并提高注漿加固效果，頂板注漿加固鉆孔使用分步注漿方式。先施工并完成頂板靠近巷幫側的兩個注漿錨索施工，后進行頂板中部注漿錨索施工。

注漿材料選擇聯邦加固1 號（雙液）材料，該加固材料具有結石率高、滲透性強、速凝及早強等特點。通過調整水灰比，可調整膠結強度、膠結時間。注漿材料水灰質量比選擇為0.8∶1，漿液混合3 min內即可失去流動性、混合15 min 內可完全固化；膠結8 h 后煤巖體抗壓強度、黏結強度即可分別達到12 MPa、2 MPa 以上。

在對頂板進行注漿時，注漿孔封堵長度均為2.0 m以上，注漿壓力控制在4 MPa 以內。在注漿過程中應隨時觀測頂板巖層情況，避免注漿壓力過大導致頂板巖體開裂。注漿時注漿量以注漿為準，當鉆孔出現較大漏漿或者注漿壓力達到上限時，即停止注漿。

3 地質構造帶注漿加固效果分析

30906 回風巷掘進至地質構造影響區時，通過頂板注漿及巷幫錨索補強加固、圍巖噴漿等方式對圍巖變形及頂板軟弱、破碎巖體進行加固。注漿加固完成后對巷道頂底板、兩幫煤巖體收斂量進行監測。具體圍巖變形監測結果如圖2 所示。由圖2 可知，巷道掘進過地質構造期間巷道變形噴漿層未有明顯開裂跡象，同時頂底板、巷幫煤巖體收斂量最大分別為140 mm、37 mm，頂底板收斂以底鼓為主，最大底鼓量達到116 mm。從圍巖變形量監測結果看出，掘進巷道在過地質構造期間采用注漿方式加固頂板巖層、錨索補強巷幫支護強度及表層噴漿等方式可有效提升圍巖強度，取得較好的圍巖控制效果。

圖2 圍巖變形量監測結果

4 結論

1）30906 回風巷掘進期間會揭露多條斷層及煤體破碎帶，從而給巷道圍巖穩定帶來較大威脅。針對斷層構造區巷道圍巖特征，提出使用注漿、錨索補強及噴漿方式對圍巖進行加固。由于巷道圍巖裂隙主要分布在頂板上，為此使用注漿對頂板進行補強；通過在巷幫施工錨索對巷幫煤體進行補強，避免注漿給煤體煤質帶來影響；在圍巖噴漿后，可避免空氣、水等對砂質泥巖的軟巖弱化影響。

2）依據掘進巷道圍巖特點，對頂板注漿加固、巷幫錨索補強加固方案進行設計。現場應用后，巷道掘進過地質構造期間表層噴漿層未出現開裂、圍巖變形量均在安全范圍內。