軟巖巷道冒頂區加固技術方案的探討

解子文，王永明

（1.山西天地王坡煤業有限公司，山西 晉城 048021；2.天地科技股份有限公司，北京 100013）

軟巖巷道冒頂區加固技術方案的探討

解子文1，王永明2

（1.山西天地王坡煤業有限公司，山西 晉城 048021；2.天地科技股份有限公司，北京 100013）

準格爾旗某礦6號煤層一掘進巷道段冒頂、片幫且巷道圍巖泥化不能自穩，嚴重影響了礦井的正常生產。通過對該巷道冒頂區現狀進行了分析，提出了先使用馬麗散加固冒頂區及后部巷道圍巖，再使用羅克休充填冒空區的一個新思路，并對巷道加固支護參數進行了科學設計。

巷道修復；注漿；加固；冒頂

內蒙古準格爾旗某煤礦主采煤層6號煤層位于太原組上部，全區可采，煤層厚度變化在0.26～19.24 m，平均厚度 11.20 m，埋深 122.91～201.9 m，6號煤層屬復雜結構煤層，夾矸較多，平均夾矸層數11層，夾矸總厚度2～4m；夾矸主要為粘土巖、砂質粘土巖，泥巖及炭泥巖。煤層結構尤以頂部最為復雜，區內6號煤層頂板巖層大部分為泥巖、粘土巖，砂巖僅占9%且裂隙較為發育，6號煤層底板泥巖、粘土巖占87%，巖體強度較低，易發生顯著變形。

掘進巷道為6號煤輔運巷，位于6號煤層中，斷面為矩形，寬5.4m，高度3.8m，錨網噴支護，錨桿使用φ18左旋螺紋錨桿，錨桿長2 m，頂、幫部錨桿間排距1 m，該巷道掘進迎頭在其他巷道前方，超前99m，在掘進至580m處突遇頂板變軟情況，根據現場情況及時加工了錨梯梁，使用錨梯梁錨索加強支護，掘進約10 m后頂板及兩幫巖層軟化加重，錨桿錨索失效，及時改變支護方式，采用架棚支護，選用11號礦用工字鋼架棚，架棚掘進至627 m處發生冒頂，推倒壓彎鋼棚5架，冒落矸石極其破碎且有棱角，覆蓋了整個巷道斷面，無法正常掘進，為防止倒棚的進一步發展，使用木跺和點柱對鋼棚進行了臨時加固。

1 冒頂區巷道修復加固技術

1.1 冒頂區處理方案選擇

根據現場情況，巷道圍巖軟弱，頂底板為強度較低的泥巖，遇水泥化，巷道頂板不穩定，隨時都有再次冒落的危險，采用錨網噴支護，巷道圍巖較為破碎，同時在地質構造、水等因素的影響下，錨桿施工質量無法保證，施工安全性也無法保證，采用金屬支架木垛法時，施工過程中易再次發生冒頂，因此采用傳統的方法處理冒頂事故顯然具有很大的危險性，采用新技術新材料馬麗散和羅克休對加固充填高冒區是能很好的發揮其優勢的。

1.2 馬麗散加固巷道機理

馬麗散是一種雙組分合成高分子聚亞胺膠脂材料，具有低黏度、滲透性好、黏合能力強、反應迅速、具有較好的柔韌性能承受隨后的地層變形，主要用于破碎頂板加固和堵水等工程施工，馬麗散的作用原理是通過高壓灌注時，樹脂和催化劑混合物滲透到巖體細小裂縫中，粘結并膨脹形成多元網狀密彈性體，封閉黏合圍巖松動圈的裂隙，使冒落區松散巖石粘結在一起，提高圍巖的整體承載力，從而能有效的控制巷道頂板。在不含水煤巖層中注射馬麗散時其膨脹倍數為2～4倍，成品抗壓強度達25～38MPa；馬麗散遇水發生關聯反應其膨脹倍數可達20～25倍，成品抗壓強度為15～25MPa。馬麗散固化反應快，0.5 h內可達到設計強度；且使用時操作簡便。

1.3 羅克休泡沫性能

羅克休泡沫由樹脂和強催化劑兩種成分組成。泡沫反應迅速，常溫下20～30 s即可反應完畢，且具有高膨脹性，膨脹后體積為原體積的25～30倍，硬化時間短，20 min后抗壓強度可達0.2 MPa左右，具有較好的抗水性能，能夠很好地充填冒頂空間，形成對冒頂區上部破碎巖體的控制，臨時阻止巷道圍巖的運動。

2 冒落區施工方案布置及參數選擇

2.1 注漿加固充填順序

由于冒頂區域巷道圍巖松軟，支架與臨時點柱支護控制有限，為防治二次冒頂及冒頂后應力轉移，致使本就頂板破碎的后部巷道維護困難，因此采用先對后部巷道進行套棚處理，再注射馬麗散加固圍巖，由后向前逐步推進，保障冒頂區后部巷道穩定，為處理冒頂提供安全工作空間。對冒空區圍巖加固后使用羅克休泡沫充填，進一步阻止圍巖運動。

2.2 注漿加固處理部位

冒頂前方冒空，掘進工作面處鋼棚被推倒壓彎，頂板壓力后移，多處鋼棚處于不穩定狀態，在冒頂區域施工十分危險，由冒頂區后退20 m，在巷道頂板、兩幫鉆孔注射馬麗散，由后部巷道向前逐步加固，在馬麗散的作用下，后部圍巖的強度增加，形成整體后，對冒空區圍巖注射馬麗散，使支架上部松散巖體粘結成一體，然后使用羅克休進行冒空區充填。注漿加固處理部位見圖1。

圖1 注漿位置示意圖

2.3 注漿參數

首先使用馬麗散加固處理后部巷道，采用φ38.5 mm的焊接管作為注漿管，其上鉆φ10～φ12 mm的孔，頂板注漿孔間距1.5 m，孔深根據頂板裂隙情況，一般5～6m，兩幫肩窩下1.5 m處各布置注漿孔，外擺角度20°，上仰角3～5°，深度3～4m，樹脂與催化劑的配合體積比1∶1。終孔注漿壓力不應小于2MPa。注漿參數示意見圖2。

冒空區的處理，采取先加固后充填的原則，冒空區加固處理時，注漿孔深度根據實際情況鉆取，首先對冒落區邊緣與鋼棚間破碎巖體控制，防止其二次垮落，使用馬麗散進行加固使之形成整體，與上覆巖層膠合，對冒空區上部巖層進行注射馬麗散進行預加固，根據冒空大小進行注射充填羅克休，注漿管的長度根據空頂高度確定，其長度大于空頂高度的1/3，但排氣管要達到冒頂區的最高點，注羅克休時，樹脂和強催化劑以4∶1的比例混合，注射體積可根據估計冒空體積的1/25計算，注射羅克休順序為至下而上。

圖2 后部巷道注漿加固示意圖

2.4 冒頂區巷道的再掘進與初次支護

冒頂區注漿加固充填后，采用撞楔法把冒頂矸石控制住，從巷道兩側清除矸石，且邊清除邊管理兩幫，頂幫維護好以后，可架設鋼棚。然后進行超前注漿，預注漿加固一段后開始人工掘進。掘進循環進尺要小，一般每個循環0.5 m，掘進后及時噴漿封閉圍巖，初噴厚度40～50mm；之后鋪網和架設金屬鋼棚。

2.5 注漿施工工藝及流程

注射馬麗散和羅克休樹脂施工工藝：打眼→埋設注漿管→用高壓膠管連接注射槍和注漿泵→將注漿泵的兩根吸管分別插入裝有樹脂和催化劑的桶內→開泵注漿→沖洗機具→停泵→拆卸注射槍。注漿施工工藝及流程見圖3，馬麗散注漿順序為至上而下，羅克休順序為至下而上。

圖3 注漿設備施工示意圖

3 結語

實踐證明，馬麗散修復加固巷道、羅克休樹脂泡沫充填高冒區，是一種安全、快速、便利的化學加固、充填冒頂區技術[3～5]。應用該技術，能及時地加固巷道防止圍巖進一步弱化、冒落，提高冒頂區圍巖的穩定性，同時提高了冒頂區處理的安全性，此項技術對準格爾旗煤田易片幫漏頂的6號煤層巷道掘進支護具有一定的參考借鑒意義。

[1]陳炎光,陸士良.中國煤礦巷道圍巖控制[M].徐州：中國礦業大學出版社，1994.

[2]何滿潮.中國煤礦軟巖巷道支護理論與實踐[M].徐州：中國礦業大學出版社,1996.

[3]楊永強,樊鴻,張盛.馬麗散注漿材料在東龐煤礦加固破碎頂板中的應用[J].煤炭工程,2009（9）:26-27.

[4]卞正榮,邢敦愛,楊小鐵.用羅克休、馬麗散充填加固技術處理巷道冒頂[J].煤炭科技,2009（1）:71-72.

[5]劉承明.工作面預注漿法處理巷道冒頂施工技術[J].現代礦業,2009（12）:88-90.

Discussion on Reinforcement Scheme of Roof-falling Areas in Soft Rock Roadway in Shallow Seams

Xie Zi-wen1,WANG Yong-ming2
（1.Shanxi Tiandi Wangpo Coal Co.,Jincheng Shanxi 048021,China;2.Tiandi Technology Co.Ltd.,Beijing 100013,China）

In No.6 coal seam of some mine,Jungar Banner,roof and sides falling happened,and surrounding rock changed into mud and lost the stability,which threatened the production.The paper analyzes the roof falling situation of the roadway and presents a new method:using Marithan reinforcement to roof-falling area and surrounding rock at first and then Rocsil Foam filling.The reinforcement parameters are also designed.

roadway restoring;grouting;reinforcement;roof falling

TD353+.6

A

1672-5050（2010）08-0061-03

2010-05-24

解子文（1967—），男，山西長子人，大學本科，工程師，從事采煤技術研究及管理工作。

徐樹文