西翼集中回風巷注漿加固方案設計及應用

劉文璽

（汾西礦業集團曙光煤礦， 山西 孝義 032300）

對于井工煤礦來說，采區巷道的掘進與支護至關重要，其特殊性體現在既具有開拓巷道服務周期長、巷道斷面大、支護要求高等特點，又具有回采巷道距離采場近、受鄰近采場采掘工作反復擾動、支護難度大等特點。基于此，國內許多礦井的采區巷道受到巷道圍巖變形大、支護難度大的困擾，鄰近工作面每回采一次，采區巷道就重新受一次應力擾動，巷道陷入了修復與破壞的惡性循環。國內專家學者針對采區巷道圍巖變形及破壞機理進行了許多研究，提出對于受多次應力擾動的巷道，應重視改善圍巖應力狀態和整體性，合理選擇支護形式和支護阻力，并提出“先剛后柔再剛、先抗后讓再抗”理念，認為盡量采用一次支護控制巷道變形，設計了錨網索和注漿加固聯合支護方案，并獲得了實踐成功[1-6]。本文以曙光煤礦西翼集中回風巷的支護工作為研究對象，基于具體的地質及生產條件，制定出切實可行的巷道加固方案，并進行工程實踐，對加固方案的效果進行驗證。

1 工程概況

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

圖1 西翼集中回風巷位置示意圖

表1 煤層頂底板巖性表

2 巷道變形破壞原因分析

2.1 巷道埋深較大

西翼集中回風巷掘進區域范圍埋藏深度為463～602 m，沿巷道掘進方向埋深呈逐漸增深特點。由于平均埋深超過500 m，局部地段深度超過600 m，巷道呈現地壓高特征。另外，根據現場原位地應力測量結果（見表2），西翼集中回風巷掘進范圍地應力量值為中等水平，以構造應力為主，可能造成巷道圍巖幫角應力集中。

表2 西翼集中回風巷水壓致裂地應力測量結果

2.2 巷道圍巖呈現低強度松散破碎特征

西翼集中回風巷受到1210 采空區采動應力影響，掘進期間巷道頂板顯現出松散破碎特征，巖性為泥巖，巷道開挖后頂板易片幫冒落，給初始錨桿錨索支護帶來很大困難，因此，巷道掘進成型較差，實施錨桿錨索支護后巷道表面不平整，局部區域出現漏頂、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嚴重降低，對淺部圍巖控制作用大大減弱，圍巖顯現出大變形破壞特征，盡管在變形破壞嚴重地段進行了補打錨索加強支護，并進行了多次巷道挑頂、起底修復，但效果不理想，陷入了修復與破壞的惡性循環。

2.3 巷道承受多重應力擾動

1210 工作面回采以后，采空區上方巖層載荷將向周圍支承區轉移，在采空區四周形成支承壓力帶，在工作面前方形成移動性支承壓力，在工作面傾斜側向及后方形成殘余支承壓力，西翼集中回風巷明顯受到采空區側向支承應力的影響。

3 巷道注漿加固方案

鑒于曙光煤礦西翼集中回風巷出現的圍巖失穩及支護難題，在充分進行調研和論證的基礎上，提出西翼集中回風巷注漿加固補充方案，總體思路是首先進行巷道圍巖注漿，然后實施全長預應力注漿錨索加固，最后進行巷道表面噴漿。施工順序為先進行淺孔注漿2 d，再進行深孔高壓注漿7 d，實施預應力錨索加固后再進行錨索孔注漿，然后進行巷道表面終噴。

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 預應力注漿錨索加固

淺深孔注漿施工完成2 d 后，進行預應力注漿錨索支護施工，全部使用鋼筋網護幫護頂配合強力錨索支護，巷道嚴重變形部位刷幫、挑頂至設計斷面后支護。錨索規格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，采用樹脂錨固劑端頭錨固，一支規格為K2355，另兩支規格為Z2360，錨索預緊力不低于250 kN。錨索張拉預緊后，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

根據注漿材料特點，結合現場圍巖條件，確定注漿加固采用水泥基注漿材料。正常注漿使用525 號（42.5 MPa）普通硅酸鹽水泥，配合水泥注漿添加劑XPM配制漿液。巷道幫頂錨索支護完成一定區域后，表面噴射混凝土，厚度80 mm，覆蓋圍巖表面及鋼筋網。噴漿要求表面平整密實，墻基、鋼筋網無裸露，在1 m 范圍內凸凹不大于50 mm，為確保砼強度，要定時對噴層進行養護，養護時間為3 d，每天至少噴水一次。

4 結論

曙光煤礦西翼集中回風巷采用以上注漿加固方案進行補充支護后，對巷道圍巖變形實施為期60 d的礦壓觀測，觀測結果表明：巷道進行挑頂、起底修復后實施注漿及錨索加固，初始階段圍巖變形量有一個快速積累期，歷時約15 d，15 d 后巷道圍巖變形進入穩定期，此后圍巖變形基本穩定，在整個圍巖觀測期內，測得巷道淺部圍巖離層值最大38 mm，頂底板最大移近量128 mm，兩幫最大移近量162 mm，巷道圍巖變形得到有效控制，實現了巷道加固的目的，技術經濟效益顯著。