巷道掘進過地質構造帶的注漿加固技術研究

王曉東

（平頂山天安煤業股份有限公司十礦， 河南 平頂山 467000）

復雜的井下環境導致巷道掘進過程中極易遇到斷層、褶曲、陷落柱等地質構造，此類地質構造對于周圍巖體的結構整體性和穩定性具有較大影響，給巷道的正常掘進工作帶來較大難度，在掘進經過該區域時，常常出現底鼓、冒頂和圍巖變形量超標等現象[1-3]。針對底鼓和圍巖變形量超標等現象，通常采用加強圍巖支護的方式即可進行較好地控制，但是對冒頂事故的控制卻較為困難，且對操作人員的人身安全具有一定威脅。根據相關數據統計可知，煤礦事故中冒頂事故發生率約占總事故數的40%，而巷道掘進過程中出現的冒頂事故數又占到冒頂總事故數的70%左右。由此可見，特殊地質結構區域的圍巖整體性和穩定性對巷道的掘進工作乃至礦井的安全工作都具有重要影響。

注漿是增強圍巖穩定性的重要舉措之一，本文選取30906 回風巷過斷層構造作為研究對象，通過注漿手段很好地解決了頂板冒落和圍巖變形量超標等問題，并且在實際應用中取得了較好的效果[4]。

1 工程概況

山西某礦30906 綜采工作面處于三盤區中部，當前綜采面的主采煤層為9 號煤層，煤層均厚為4.2 m，平均傾角為5°，平均埋深406 m。9 號煤層的特點為煤層儲量較大、全區均為可開采區域。煤層頂板的主要組成為泥巖和細砂巖，煤層底板的主要組成為泥質粉砂巖以及粉砂巖。當前該礦已經完成了30901、30902、30903 等多個工作面的綜采任務，在工作面回采過程中由于受斷層、破碎煤巖體帶等地質環境影響，導致巷道圍巖的變形量整體超標。

30906 回風巷巷道斷面為矩形，高度和寬度分別為3100mm和4500mm，方案擬定掘進距離為1680m。當前巷道整體采用錨桿+U 型鋼的支護形式，通過綜采面揭露的地質情況以及該區域的地質資料顯示發現，巷道掘進過程中將會經過多個斷層和煤巖體破碎區，給巷道圍巖的控制帶來了極大的挑戰。

2 巷道掘進過地質構造的注漿加固技術

傳統的巷道掘進加固技術是在巷道掘進經過特殊地質構造時，通過增加錨索和錨桿數量以及加設U型架棚的方式提升圍巖的支護強度，該方式雖然能夠在一定程度上降低圍巖的變形量，但是由于裂隙并未得到填補，會導致圍巖的整體性和自身強度并未得到實質性改進[5]。通過注漿的方式能夠將圍巖的裂隙充滿，大幅提升圍巖的內摩擦角、黏聚力等力學參數。30906回風巷經過特殊地質構造區域時，由開采應力的作用導致圍巖裂隙增加，因此需要采取注漿和噴漿的方式進行圍巖加固，注漿區域主要包括頂板和幫部，采用錨索進行輔助支護；噴漿的區域主要包括頂板和幫部，為了確保噴漿的效果，噴漿厚度不得低于100 mm[6]。采取頂板注漿和巷幫錨索補強的方式對特殊地質區域進行圍巖控制，能夠提升圍巖的整體性和穩定性，也能夠避免注漿量過大給巷道正常掘進帶來的阻礙。

2.1 頂板注漿加固鉆孔布置

巷道掘進至特殊地質區域時，在巷道頂板加設3排注漿錨索，兩側錨索和兩幫間的距離為0.8 m，傾斜角度為65°，中間錨索和巷道頂板互相垂直。為了確保注漿效果的一致性和注漿質量，3 排注漿錨索的長度均為8.0 m，相鄰錨索間的距離為2.0 m。為了避免注漿過程對綜采作業面的正常開采產生影響，采用錨索進行輔助支護。巷道頂板注漿孔、巷幫錨索布置示意圖如下頁圖1 所示。

圖1 巷道頂板注漿孔、巷幫錨索布置示意圖（mm）

2.2 注漿鉆孔施工工藝

為了避免注漿過程中產生串孔現象，通過分步注漿的方式增強注漿加固的效果。具體方式為首先對兩側注漿錨索進行搭設，搭設完畢后再對中間錨索進行搭設。

注漿材料采用聯邦加固1 號（雙液）材料，該型號材料的優勢在于凝固速度較快、結石率較高、圍巖滲透性強等。材料使用過程中，通過對水灰質量比進行控制，能夠有效控制膠結強度和膠結時間。該方案選取的水灰質量比為0.8∶1，注漿的凝固時間約為3 min，完全固化的時間約為15 min；膠結8 h 后，對圍巖的強度進行測試，測試結果顯示，圍巖的抗壓強度和黏結強度分別為12 MPa 和2 MPa。

頂板注漿過程中，注漿孔封堵長度不得低于2.0 m，注漿壓力不得超過4 MPa。為了避免注漿壓力過大造成頂板的破壞，應當對注漿過程進行實時監測。注漿量以注漿狀態為準，一旦發現鉆孔處出現大量注漿溢出或者注漿過程中壓力數值過大時，即刻停止注漿。

2.3 錨桿索支護方案

注漿完畢后，巷道圍巖的整體性得到了顯著提升，在此基礎上通過錨索網聯合支護補強的方式提升圍巖的穩定性。巷道斷面支護示意圖如圖2 所示。

圖2 巷道斷面支護示意圖（mm）

巷道頂板錨桿選取高強度螺紋鋼錨桿，錨桿的直徑為20 mm，長度為2 400 mm，每排錨桿的數量為5 根，相鄰錨桿間的距離為800mm，排距為1000mm。錨索選取鋼絞線錨索，錨索直徑為17.8 mm，長度為7 200 mm，相鄰錨索間的距離為2 000 mm，排距為1 800 mm。

巷幫錨桿采用玻璃鋼錨桿，錨桿的直徑為18 mm，長度為1 800 mm。每幫錨桿的數量為3 根，相鄰錨桿間的距離為2 000 mm，排距為1 500 mm，上排錨桿和底板的夾角為15°，中間以及下排錨桿和頂板保持垂直，下排錨桿和底板間的距離為500 mm。

3 注漿加固效果分析

在巷道掘進至地質結構特殊區域時，通過采取頂板注漿、圍巖噴漿及錨索補強支護的方式降低圍巖變形量、提升圍巖的整體強度和結構整體性。注漿完畢后，對巷道頂底板和兩幫圍巖的變形量變化進行監測。

圍巖變形監測結果如圖3 所示。從圖3 可看出，注漿加固后，在巷道掘進過程中注漿區域未出現開裂現象，頂底板和巷幫圍巖的變形量分別為140 mm 和37 mm。根據圍巖變形量監測結果不難發現，通過頂板噴漿、錨索補強巷幫和頂板噴漿的形式，能夠顯著提升圍巖結構的整體性和支護強度，使得圍巖變形量和支護效果顯著增強。

圖3 圍巖變形量監測結果

4 結論

1）由于30906 回風巷掘進過程中會經過多個斷層和煤體破碎帶，導致巷道圍巖的整體性和支護強度難以滿足實際需求。因此針對特殊地質區域的實際圍巖特征，采取注漿、錨索補強和噴漿的方式進行巷道圍巖的加固。由于圍巖裂隙集中于頂板區域且掘進過程中會出現裂隙發育等現象，因此采取注漿的方式進行頂板的加固；通過錨索進行巷幫的補強，避免注漿過程對巷道正常掘進產生影響。

2）根據掘進巷道圍巖的實際情況，采取頂板注漿和巷幫錨索補強的方式加強圍巖強度。經在作業現場實際測試后發現，巷道掘進經過特殊地質構造區域時，在該種加固方式下的圍巖整體性和變形量均控制在合理范圍內。