亭南煤礦回風大巷軟巖底板錨索注漿加固技術(shù)

侯記川 謝方鵬 丁康展

（1.陜西長武亭南煤業(yè)有限責任公司，陜西 咸陽 712000；2.山東科技大學，山東 青島 266510）

軟巖巷道圍巖控制問題一直是個難題。近年來，許多專家學者[1-2]對巷道底鼓的機理、影響因素及治理方法進行了研究，基于底鼓類型的不同提出了對應的防治方法，包括挖底法、加固法和卸壓法。挖底法多用于底鼓情況較輕的輔助巷道，難以起到根治的效果；加固法[3-5]是對底板加強支護，通過提高底板圍巖強度來控制底鼓，一般用于主要運輸大巷；卸壓法[6]通過一定的技術(shù)手段改善局部圍巖內(nèi)的應力及能量分布，減小應力和能量集中，多用于高應力巷道，常常與加固法配套使用。注漿加固法是將水泥漿或其他化學漿液注入地基巖土中，增強巖土顆粒間的聯(lián)結(jié)，使巖土體強度提高、變形減少，作為一種常用的巷道加固方法，施工效率高，控制效果好。

為有效解決軟巖巷道圍巖控制問題，國內(nèi)外學者對軟巖巷道控制理論和方法開展了大量研究，提出了采用增阻增壓主動支護結(jié)構(gòu)作為首要支護結(jié)構(gòu)，采用適時二次加固提高支護強度的方法，可以在開采過程中保障軟巖巷道的穩(wěn)定與安全。為進一步保障軟巖巷道開采時的穩(wěn)定性，一次支護結(jié)構(gòu)和二次支護結(jié)構(gòu)應與圍巖結(jié)合形成群落共同擔負承載作用。亭南煤礦回風大巷原支護采用錨網(wǎng)索（噴）支護，因受采動礦壓影響，巷道底鼓變形破壞嚴重。為控制回風大巷底鼓變形破壞，確保滿足礦井安全生產(chǎn)要求，亟需對該巷道底板進行注漿加固。

1 工程地質(zhì)條件

亭南煤礦回風大巷布置于4#煤層中，煤層直接頂為厚度6.82 m 的粗粒砂巖，基本頂為厚度4.34 m的中粒砂巖；直接底為厚度2.71 m 的鋁質(zhì)泥巖，遇水膨脹；基本底為厚度4.93 m 的砂質(zhì)泥巖。

2 回風大巷底板錨注支護方案設計

2.1 底板淺部注漿方案

1）注漿孔參數(shù)。回風大巷底煤厚度為0～2.0 m，注漿孔深度設計為8.0 m，注漿孔排距2.0 m，每排設置2 個注漿孔，孔間距1.5～2.0 m，垂直底板布置。施工段全長290 m，共需施工290 個注漿孔，如圖1。

圖1 底板注漿孔布置示意圖（m）

2）注漿材料配比。水泥漿的水灰比應控制在（0.6～0.8）:l.0，水玻璃濃度一般應控制在30 °Bé，水泥漿與水玻璃的比值應控制在1.00:（0.03～0.15）。

3）注漿壓力參數(shù)。漿液能在圍巖中順利運輸并擴散到各處的動力依靠的是注漿壓力，它對注漿質(zhì)量的好壞與加固效果起到直接作用。但同時，地層條件、注漿方式及注漿材料等因素也會對注漿質(zhì)量的好壞與加固效果有影響和制約。所以，需要針對圍巖巖性及巷道支護狀況，合理確定注漿壓力。通過對回風大巷圍巖的承受能力計算，確定淺部水泥注漿終壓為4.0 MPa，底板錨索注漿壓力6.0～8.0 MPa。

4）注漿量參數(shù)。漿液的滲透半徑變化范圍較大，主要因素有巖石性質(zhì)、破壞狀態(tài)、注漿壓力、漿液性質(zhì)及黏度等，如公式（1）：

式中：γ為水的容重，N/m3；g為重力加速度，m/s2；s為漿液剪切強度，MPa；h為注漿壓力，MPa；a為巖層的間隙等值半徑，m；β為時間系數(shù)。

為確保實際有效擴散半徑在孔間距的0.65～0.75倍以上，則需要在施工時實時調(diào)整漿液的滲透能力和注漿壓力，使每個注漿孔漿液的滲透范圍與相鄰的注漿孔的滲透范圍有所交疊，確保漿液能完全滲透。

單孔注漿量計算如公式（2）：

式中：A為漿液的損耗系數(shù)；R為漿液有效擴散半徑，m；H為注漿孔深，取10 m；n為孔隙率，取0.8%；B為漿液充填系數(shù)，取0.4；M為漿液密度，1250 kg/ m3。

按經(jīng)驗數(shù)據(jù)，預計每孔注漿量為800 kg，則290 個孔大約注漿量為2.32×105kg。

2.2 底板錨索設計

1）錨索規(guī)格。組合錨索是由三根Ф17.8 mm×15 500 mm 的高強度低松弛鋼絞線編制而成的，配合11#工字鋼加工的底梁，底梁規(guī)格2200 mm×400 mm，托盤規(guī)格為400 mm×300 mm×20 mm，底網(wǎng)采用Ф6 mm 金屬焊網(wǎng)。

2）底板錨索布置。考慮巷道寬度較大，選用每排二道梁沿巷道走向布置，排距2000 mm，錨索孔間距1600 mm，外側(cè)錨索孔距幫700 mm，外擺15°，中間錨索垂直底板布置。290 m 巷道共布置145 排，每排4 組錨索，共580 組底板錨索。考慮巷道直接底板有煤層，為防止從兩排底梁中間底鼓，底梁下鋪設金屬網(wǎng)，打孔時施工技術(shù)人員視現(xiàn)場具體情況可適當調(diào)整。

3）孔徑。采用Ф89 mm 鉆頭鉆孔，孔深15 500 mm。底板錨索布置斷面如圖2。

圖2 底板錨索布置斷面圖

3 巷道底板錨索注漿加固工藝

3.1 施工工藝流程

回風大巷底板加固施工工藝流程，如圖3。

圖3 注漿工藝流程圖

3.2 施工工序

1）對底板進行標孔、固定鉆機、鉆孔；

2）安裝錨索束與反灌漿管路，并進行反灌漿；

3）下注漿管及封孔部件并封口；

4）采用組合錨索錨注注漿加固方法對巷道底板進行加固；

5）將巷道底板落底至設計高度以下500 mm位置；

6）底板錨索施工完畢后，鋪設金屬網(wǎng)、安裝底梁、張緊；

7）底板硬化及注漿質(zhì)量檢查；

8）張拉并剪斷多余錨索；

9）澆筑地坪，并對底板實施二次注漿加固；

10）同時對頂板頂幫實施錨桿、錨索注漿加固，與底板組合錨注錨索形成聯(lián)合支護體。

4 巷道底板加固安全技術(shù)對策

1）打鉆前應提前設計好底板錨索孔的位置、角度及方位，接好供風系統(tǒng)，保障供風，并確保系統(tǒng)完好，能正常運行。

2）為避免水力排粉對底板結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不良影響，底板孔采用風力排粉。在施工作業(yè)前，在降塵水幕開啟后方可進行打鉆施工。

3）高壓風管路接口處必須用8#鐵絲扎緊固定在設備上，以防由于風壓過大，接口處崩開傷人。

4）在打鉆過程中，如果發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)阻力增大且孔內(nèi)排粉能力有一定減弱時，應立即停止鉆進，進行檢查，嚴禁強行鉆進，強行拔桿。

5）在封孔時，必須背面朝向，不可正面面對，必須等到注漿管內(nèi)脈沖壓力釋放之后再開啟注漿閥門。

6）司泵人員密切注意泵的壓力指示數(shù)值和吸漿量的變化數(shù)值，并及時向前方觀察人員報告數(shù)值變化情況，以確保泵始終穩(wěn)定工作；配漿人員應保持漿液始終供應，不能出現(xiàn)吸空現(xiàn)象，實時觀察泵的吸漿情況，嚴格按照比例配漿，使?jié){液的配比適中；注漿完畢后，應立即用清水清洗管路，防止因漿液凝固導致管路淤積，影響后續(xù)注漿工作。清洗完畢后應將泵、管路等歸整碼放整齊。

7）在進行打眼、埋管、封孔、連管等作業(yè)時，應提前檢查工作地點頂板維護情況，完全排除頂板和兩幫的浮矸危巖后再進行注漿施工。

8）如果發(fā)現(xiàn)有圍巖松動、注漿壓力瞬間降低、跑（漏）漿等異常情況，應立刻停止注漿，待修復后才可重新進行注漿施工。

5 結(jié)語

按照設計的底板錨索注漿加固方案，對亭南煤礦回風大巷底板進行了加固試驗，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟效果。底板錨索注漿加固技術(shù)具有以下特點：

1）底板錨索注漿加固技術(shù)安全可靠程度高，有效地控制了底鼓現(xiàn)象，避免了巷道重復維修，降低了對礦井生產(chǎn)的影響。

2）相比反底拱加固方法，該底板錨索注漿加固技術(shù)施工簡單、控制效果好、加固成本低。

為廣泛地推廣應用底板錨索注漿加固技術(shù)，可根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)實際條件優(yōu)化錨索和底梁布置方式等支護參數(shù)；二次注漿時可采用氣動雙液變量型注漿泵進行注漿，鉆機可使用移動方便的機型，以便提高施工效率。