不穩定圍巖巷道綜合加固技術研究

張鐘文

（汾西礦業靈北煤礦， 山西 靈石 031300）

隨著礦井采掘深度增加，掘進巷道遇到承載能力差、強度低等不穩定性巖層情況增加，巷道圍巖容易出現變形嚴重問題，從而給巷道正常使用帶來制約[1-3]。眾多的研究學者對不穩定巷道圍巖加固技術展開研究，其中楊永剛等綜合分析采動應力分布以及圍巖巖性，合理確定瓦斯抽采巷層位并采取高強度錨網索、注漿等方式對圍巖進行支護，取得較好圍巖控制效果；李樹清等對斜嶺煤礦破碎圍巖巷道巖性、圍巖變形特征以及控制難點進行分析，并提出使用深部、淺部綜合注漿方式提升破碎煤巖體強度及穩定性，從而為巷道圍巖控制創造良好條件；張繼針[6]對全煤巷道圍巖強度低特點，采用數值模擬技術方法對巷道掘進、采面回采期間礦壓顯現情況進行分析，并通過注漿錨索對煤巖體進行加固，確保了回采巷道使用安全。上述研究成果為礦井不穩定性圍巖巷道支護工作開展提供了經驗借鑒，文中就在以往研究成果基礎上，針對山西某礦23 采區東翼膠帶巷圍巖破碎、不穩定問題，綜合使用注漿、噴漿以及錨索等支護方法，對圍巖進行控制，確保了巷道圍巖穩定。

1 工程概況

山西某礦主要11 號煤層，煤層厚度、傾角分別為3.9 m、4.2°。23 采區東翼膠帶巷主要用以采區煤炭運輸、通風以及行人等，巷道設計掘進長度為1 530 m，斷面為矩形，寬5.0 m、高3.8 m，沿著11 號煤層底板掘進。11 號煤層頂底板巖層以砂質泥巖、砂巖為主，圍巖本身裂隙不發育。

東翼膠帶巷采用EBZ260（B）綜掘機掘進，使用錨網索支護，在巷道掘進至560 m 時受到區域地質構造影響，圍巖、承載能力不足，從而導致圍巖出現較大變形問題，給巷道后續使用帶來較大制約。

2 巷綜合加固技術

2.1 綜合加固方案設計

2.1.1 巷幫注漿加固

在東翼膠帶巷掘進至560 m 位置時，受到區域地質構造影響巷道圍巖破碎。布置窺視鉆孔對煤壁破碎情況進行探測，結構發現膠帶巷巷幫煤壁破碎深度介于4～5 m 間，原支護采用的長度2.0 m 錨桿處于巷幫破碎區，從而導致錨桿支護強度顯著降低，巷幫容易出現大變形以及片幫問題。為此，進行注漿提高巷幫煤體強度，以便控制巷幫變形目的。具體巷幫注加固方案：

1）在巷幫施工水平注漿孔，注漿孔布置2 排并按照“邁步”式方式布置，上排兩排注漿孔間距為2.0 m，其中上排、下排鉆孔與頂板、底板間距均為0.9 m；鉆孔孔深均為6.0 m，間距為2.0 m、鉆孔孔徑42 mm，具體注漿孔布置情況見圖1 所示。

圖1 巷幫注漿孔布置示意圖

2）注漿孔采用風鉆施工，注漿材料選擇聯邦加固材料，水灰質量比控制在（0.6～0.8）∶1.0，當巷幫煤體較為破碎、注漿過程中漏漿嚴重時，可適當降低注漿漿液水灰比。

3）注漿采用專用封孔器進行封孔，封孔長度均為0.5～0.8 m；封孔完成后采用全長一次注漿方式進行注漿，注漿壓力控制在1～2 MPa。

2.1.2 起底刷幫

在對巷幫注漿加固完成后，采用起底刷幫方式恢復巷道斷面。具體采用人工風鎬進行起底刷幫。刷幫完成后對原有錨索進行張拉，從而對巷幫進行臨時支護，并配合使用網孔100 mm×100 mm 的金屬網進行護幫。單次起底刷擴長度控制在2.0 m，刷擴完成后立即對巷幫錨索進行張拉，從而實現巷幫穩定。在對錨索張力過程中應注意觀察頂板巖層穩定性，當發現異常時立即停止工作。

2.1.3 圍巖表層噴漿

對巷道圍巖進行噴漿，可封堵圍巖裂隙以及降低注漿漿液外漏目的。在巷道表層噴射厚度100 mm 混凝土層，該混凝土層強度為C20。噴射混凝土中水泥、石灰、黃沙的質量比=1∶2∶2，水灰比（質量比）控制在0.45∶1.00。在攪拌混合好的混凝土中添加水泥用量4%的速凝劑，提高混凝土層加固效果。

2.1.4 錨索補強加固

待巷幫煤體注漿加固完成3 d 后，開始施工頂板、巷幫補強錨索，具體布置見圖2 所示。在錨索施工過程中若頂板、巷幫錨索處于完好狀態，則需要進行重新張拉，確保張拉后的錨索預緊力在250 kN 以上。

圖2 頂板、巷幫錨索布置示意圖

2.2 注漿加固安全措施

在膠帶巷使用聯邦加固材料作為注漿漿液，具體巷幫注漿加固系統結構見圖3 所示。在注漿加固前應嚴格按照規程、制度進行圍巖穩定性檢查，應清除掉頂板、巷幫等位置不穩定的活矸、浮煤，確保安全后方可進行注漿加固工作。在注漿過程中應設置警戒線，無關人員嚴禁入內。

圖3 巷幫注漿加固系統結構圖

嚴格按照預先設計的水灰比調整注漿漿液，在水泥使用前應先用細砂進行篩分，避免大顆粒雜質堵篩注漿系統。注漿時盡量確保管路平直，減少不必要的彎曲，同時發現注漿管堵篩或者注漿壓力急劇增加時，則應立即停機，待查明原因并處理完畢后方可繼續施工。注漿采用間歇注漿方式，最大注漿壓力不應超過2 MPa，在出漿孔位置嚴禁有人員站立。在注漿過程中可用道木搭設臨時注漿平臺，并用鉛絲綁扎牢固，人員在臨時注漿平臺上工作時應注意腳下，避免出現意外。

3 結論

23 采區東翼膠帶巷掘進過程中在區域地質構造影響下，巷幫煤體破碎、承載能力降低，巷幫在頂板壓力作用下出現較大變形以及片幫等問題，給巷道后續使用安全帶來較大威脅。為此，提出以注漿、噴漿、錨索補強為核心的綜合加固方式對不穩定圍巖進行控制。

依據東翼膠帶巷實際條件，對注漿、噴漿、錨索補強施工參數進行設計，現場應用后，巷道巷幫變形量得以有效控制，其中頂板、巷幫最大變形量分別控制在20 mm、38 mm，巷道綜合加固取得較好的成果。