西翼集中回風(fēng)巷注漿加固方案設(shè)計(jì)及應(yīng)用

劉文璽

（汾西礦業(yè)集團(tuán)曙光煤礦， 山西 孝義 032300）

對(duì)于井工煤礦來(lái)說(shuō)，采區(qū)巷道的掘進(jìn)與支護(hù)至關(guān)重要，其特殊性體現(xiàn)在既具有開(kāi)拓巷道服務(wù)周期長(zhǎng)、巷道斷面大、支護(hù)要求高等特點(diǎn)，又具有回采巷道距離采場(chǎng)近、受鄰近采場(chǎng)采掘工作反復(fù)擾動(dòng)、支護(hù)難度大等特點(diǎn)。基于此，國(guó)內(nèi)許多礦井的采區(qū)巷道受到巷道圍巖變形大、支護(hù)難度大的困擾，鄰近工作面每回采一次，采區(qū)巷道就重新受一次應(yīng)力擾動(dòng)，巷道陷入了修復(fù)與破壞的惡性循環(huán)。國(guó)內(nèi)專家學(xué)者針對(duì)采區(qū)巷道圍巖變形及破壞機(jī)理進(jìn)行了許多研究，提出對(duì)于受多次應(yīng)力擾動(dòng)的巷道，應(yīng)重視改善圍巖應(yīng)力狀態(tài)和整體性，合理選擇支護(hù)形式和支護(hù)阻力，并提出“先剛后柔再剛、先抗后讓再抗”理念，認(rèn)為盡量采用一次支護(hù)控制巷道變形，設(shè)計(jì)了錨網(wǎng)索和注漿加固聯(lián)合支護(hù)方案，并獲得了實(shí)踐成功[1-6]。本文以曙光煤礦西翼集中回風(fēng)巷的支護(hù)工作為研究對(duì)象，基于具體的地質(zhì)及生產(chǎn)條件，制定出切實(shí)可行的巷道加固方案，并進(jìn)行工程實(shí)踐，對(duì)加固方案的效果進(jìn)行驗(yàn)證。

1 工程概況

曙光煤礦西翼集中回風(fēng)巷位于井田西翼，與集中軌道巷、集中皮帶巷平行布置，該巷道南側(cè)為一采區(qū)1210 采空區(qū)，該工作面已回采結(jié)束，巷道布置如圖1所示。集中回風(fēng)巷沿2 號(hào)煤層頂板掘進(jìn)，煤層平均厚度3.2 m，煤層傾角2°～5°，夾矸巖性多為含炭質(zhì)泥巖或泥巖，有時(shí)為泥砂巖，煤層頂?shù)装鍘r性如表1所示。巷道斷面為直墻半圓拱，掘進(jìn)斷面積超過(guò)18 m2，為大斷面半煤巖巷道，巷道埋深平均超過(guò)500 m。

圖1 西翼集中回風(fēng)巷位置示意圖

表1 煤層頂?shù)装鍘r性表

2 巷道變形破壞原因分析

2.1 巷道埋深較大

西翼集中回風(fēng)巷掘進(jìn)區(qū)域范圍埋藏深度為463～602 m，沿巷道掘進(jìn)方向埋深呈逐漸增深特點(diǎn)。由于平均埋深超過(guò)500 m，局部地段深度超過(guò)600 m，巷道呈現(xiàn)地壓高特征。另外，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)原位地應(yīng)力測(cè)量結(jié)果（見(jiàn)表2），西翼集中回風(fēng)巷掘進(jìn)范圍地應(yīng)力量值為中等水平，以構(gòu)造應(yīng)力為主，可能造成巷道圍巖幫角應(yīng)力集中。

表2 西翼集中回風(fēng)巷水壓致裂地應(yīng)力測(cè)量結(jié)果

2.2 巷道圍巖呈現(xiàn)低強(qiáng)度松散破碎特征

西翼集中回風(fēng)巷受到1210 采空區(qū)采動(dòng)應(yīng)力影響，掘進(jìn)期間巷道頂板顯現(xiàn)出松散破碎特征，巖性為泥巖，巷道開(kāi)挖后頂板易片幫冒落，給初始錨桿錨索支護(hù)帶來(lái)很大困難，因此，巷道掘進(jìn)成型較差，實(shí)施錨桿錨索支護(hù)后巷道表面不平整，局部區(qū)域出現(xiàn)漏頂、鼓包狀況。而且由于巷道淺部圍巖離層破壞，錨桿錨索的錨固效應(yīng)嚴(yán)重降低，對(duì)淺部圍巖控制作用大大減弱，圍巖顯現(xiàn)出大變形破壞特征，盡管在變形破壞嚴(yán)重地段進(jìn)行了補(bǔ)打錨索加強(qiáng)支護(hù)，并進(jìn)行了多次巷道挑頂、起底修復(fù)，但效果不理想，陷入了修復(fù)與破壞的惡性循環(huán)。

2.3 巷道承受多重應(yīng)力擾動(dòng)

1210 工作面回采以后，采空區(qū)上方巖層載荷將向周圍支承區(qū)轉(zhuǎn)移，在采空區(qū)四周形成支承壓力帶，在工作面前方形成移動(dòng)性支承壓力，在工作面傾斜側(cè)向及后方形成殘余支承壓力，西翼集中回風(fēng)巷明顯受到采空區(qū)側(cè)向支承應(yīng)力的影響。

3 巷道注漿加固方案

鑒于曙光煤礦西翼集中回風(fēng)巷出現(xiàn)的圍巖失穩(wěn)及支護(hù)難題，在充分進(jìn)行調(diào)研和論證的基礎(chǔ)上，提出西翼集中回風(fēng)巷注漿加固補(bǔ)充方案，總體思路是首先進(jìn)行巷道圍巖注漿，然后實(shí)施全長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力注漿錨索加固，最后進(jìn)行巷道表面噴漿。施工順序?yàn)橄冗M(jìn)行淺孔注漿2 d，再進(jìn)行深孔高壓注漿7 d，實(shí)施預(yù)應(yīng)力錨索加固后再進(jìn)行錨索孔注漿，然后進(jìn)行巷道表面終噴。

3.1 巷道圍巖注漿

淺層圍巖注漿鉆孔深度4 000 mm，鉆孔間距3 000 mm，排距3 000 mm，五花眼布置，使用MQT130 錨桿（錨索）鉆機(jī)打孔，鉆頭直徑Ф36 mm，注漿材料為水泥漿、水泥水玻璃雙液漿，注漿終止壓力3～5 MPa。深層圍巖注漿鉆孔全部采用五花眼布置，鉆孔排距3 000 mm，布置在兩排淺孔中間，間距3 000 mm，孔深全部8 000 mm，使用MQT120 錨桿（錨索）鉆機(jī)打孔，鉆頭直徑Ф36 mm，注漿材料為水泥漿、水泥水玻璃雙液漿，孔口注漿壓力6～8 MPa。

3.2 預(yù)應(yīng)力注漿錨索加固

淺深孔注漿施工完成2 d 后，進(jìn)行預(yù)應(yīng)力注漿錨索支護(hù)施工，全部使用鋼筋網(wǎng)護(hù)幫護(hù)頂配合強(qiáng)力錨索支護(hù)，巷道嚴(yán)重變形部位刷幫、挑頂至設(shè)計(jì)斷面后支護(hù)。錨索規(guī)格Ф22-1×19-5 300 mm，錨索間距1 800 mm，每排5 根錨索，排距1 800 mm，錨索全部垂直巖面布置，采用樹(shù)脂錨固劑端頭錨固，一支規(guī)格為K2355，另兩支規(guī)格為Z2360，錨索預(yù)緊力不低于250 kN。錨索張拉預(yù)緊后，鉆孔一次壓注水泥漿，注漿終止壓力為3～5 MPa。

3.3 注漿材料配比及噴漿

根據(jù)注漿材料特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)圍巖條件，確定注漿加固采用水泥基注漿材料。正常注漿使用525 號(hào)（42.5 MPa）普通硅酸鹽水泥，配合水泥注漿添加劑XPM配制漿液。巷道幫頂錨索支護(hù)完成一定區(qū)域后，表面噴射混凝土，厚度80 mm，覆蓋圍巖表面及鋼筋網(wǎng)。噴漿要求表面平整密實(shí)，墻基、鋼筋網(wǎng)無(wú)裸露，在1 m 范圍內(nèi)凸凹不大于50 mm，為確保砼強(qiáng)度，要定時(shí)對(duì)噴層進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間為3 d，每天至少噴水一次。

4 結(jié)論

曙光煤礦西翼集中回風(fēng)巷采用以上注漿加固方案進(jìn)行補(bǔ)充支護(hù)后，對(duì)巷道圍巖變形實(shí)施為期60 d的礦壓觀測(cè)，觀測(cè)結(jié)果表明：巷道進(jìn)行挑頂、起底修復(fù)后實(shí)施注漿及錨索加固，初始階段圍巖變形量有一個(gè)快速積累期，歷時(shí)約15 d，15 d 后巷道圍巖變形進(jìn)入穩(wěn)定期，此后圍巖變形基本穩(wěn)定，在整個(gè)圍巖觀測(cè)期內(nèi)，測(cè)得巷道淺部圍巖離層值最大38 mm，頂?shù)装遄畲笠平?28 mm，兩幫最大移近量162 mm，巷道圍巖變形得到有效控制，實(shí)現(xiàn)了巷道加固的目的，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益顯著。