強烈動壓影響區(qū)小煤柱穿巷注漿加固技術(shù)

郭東杰

（晉城煤業(yè)集團 成莊礦，山西 晉城 048012）

晉城煤業(yè)集團成莊礦主采的3 號煤層瓦斯含量高，需用“大U”套“小U”的多巷道布置方式治理瓦斯。為解決采掘接續(xù)困難，成莊礦工作面多用留巷布置，并需盡量減小護巷煤柱，節(jié)約資源。成莊礦工作面回采后的采空區(qū)邊緣進行掘巷和留巷的支護問題，我們做了大量研究，取得一些成果；但在采空區(qū)邊緣留巷嚴重變形垮塌后與相鄰新掘巷道之間留設(shè)小煤柱掘巷未有先例。因此，如何控制此類巷道圍巖的有害變形，對成莊礦3310綜采工作面的安全高效回采具有重要意義。

1 礦井基本概況

成莊礦3220 副巷是3309 工作面回采后的留巷巷道，與采空區(qū)凈煤柱約為25 m；3220 正巷在3309 工作面回采完1 a 之后開始掘進，與3220 副巷之間凈煤柱為15 m。3220 正巷掘進中，兩幫煤體非常破碎，前300 m沿煤層底板掘進，后因巷道成形極差、頂板下沉嚴重；便將巷道改成沿頂板掘進，頂板條件得到改善，但巷幫仍較破碎、變形較大。3220 副巷原計劃做為相鄰3310 工作面瓦斯尾巷，但因經(jīng)受3309 工作面回采和3220 正巷掘進的多次動壓影響，3220 原副巷劇烈變形，導(dǎo)致從停采線往里約1 400 m 長的巷道垮塌；若重新布置掘進巷道，將嚴重影響生產(chǎn)接替，且浪費資源。因此為保證3310 工作面正常回采，經(jīng)研究決定在3220 正巷與已垮塌的3220 副巷之間15 m 煤柱內(nèi)新掘進一條斷面寬×高=3 900 mm×3300 mm 的3220 新副巷；3220 新副巷與3220 正巷凈煤柱寬7 m，與3220 副巷之間凈煤柱寬4 m。由于3220 正巷與3220 副巷之間的煤柱受多次動壓影響、煤巖體很破碎，在該煤柱內(nèi)進行小煤柱穿巷，加劇了3220 正巷兩幫和頂板圍巖變形。3220 新副巷為瓦斯尾巷，在回采期間只需保證足夠通風斷面就能滿足使用要求，但3220 巷還作輔助運輸巷，不僅保證通風斷面，還要保證巷道內(nèi)人員和設(shè)備的安全；因此3220 新副巷掘進時，要對其進行加固，保證3310 工作面的順利回采。

3310 工作面頂?shù)装鍘r層，主要以粗粒砂巖為主。3220 正巷斷面4 520 mm×3 100 mm，巷道采用錨網(wǎng)索支護，錨桿布置“幫3 根、頂板4 根”排距均為1 000 mm，頂、幫錨桿型號均為BHR500-φ22 mm-2 400 mm，樹脂加長錨固，120 mm×120 mm×10 mm 拱形高強度托盤，頂幫錨桿預(yù)緊力矩400 N·m，錨固力150 kN。頂板布置兩根錨索，間距1 720 mm，排距2 000 mm，錨索φ22 mm高強度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，長度7 400 mm，采用300 mm×300 mm×16 mm 高強度可調(diào)心托板及配套鎖具，錨索預(yù)緊力250 kN。金屬網(wǎng)為10 號鐵絲的菱形網(wǎng)，網(wǎng)孔規(guī)格50 mm×50 mm。

2 圍巖結(jié)構(gòu)強度對圍巖變形破壞的影響

從現(xiàn)場勘察看：3220 巷前300 m 底鼓較嚴重，頂板和兩幫變形較大，兩幫煤體受到3309 工作面回采的強烈動壓影響，表面煤體非常破碎，煤層頂板也有大量裂隙，部分區(qū)域出現(xiàn)網(wǎng)兜現(xiàn)象，巷道前300 m 部位離層儀出現(xiàn)淺部警戒現(xiàn)象。兩幫主要表現(xiàn)為整體鼓出，向巷道內(nèi)移動。有些幫錨桿受力后，托盤壓入煤壁，隨兩幫收斂向巷道內(nèi)部移動；大量幫錨桿受力不明顯，托盤附于巷道表面，隨巷道收斂整體內(nèi)移。

現(xiàn)場調(diào)查表明：3220 巷成巷后發(fā)生嚴重變形，主要由于巷道支護強度難以適應(yīng)3309 工作面回采動壓影響，3220 巷區(qū)域煤體的整體性遭到破壞，強度大大降低，結(jié)構(gòu)面發(fā)育，整體性和強度低，使同等支護條件的抗擾動能力進一步削弱。這種圍巖又受3220 新副巷掘進動壓影響，勢必導(dǎo)致圍巖破壞區(qū)域更向深部轉(zhuǎn)移，裂隙更加擴展；3309 工作面剛回采完不久，采空區(qū)還沒有完全穩(wěn)定，所有這些因素都將導(dǎo)致承壓區(qū)域的3220 巷巷道發(fā)生大變形。

3 加固總體原則

由于3220 正巷圍巖已受相當破壞，裂隙發(fā)育，單純補打錨桿、錨索將難保證錨固性能，加固必須基于有效恢復(fù)圍巖完整性，提高巷道圍巖支護強度。根據(jù)巷道變形情況，結(jié)合圍巖結(jié)構(gòu)狀況，必須先用注漿加固，后對局部錨桿、錨索支護失效的圍巖變形嚴重巷道段，注漿后再進行注漿錨索補強加固方案。

注漿的作用是填充受回采及掘進多次動壓影響后的圍巖離層和裂隙，將破碎的巷道圍巖進行重新組合，盡量恢復(fù)并構(gòu)成完整的巖體結(jié)構(gòu)，進而形成連續(xù)的結(jié)構(gòu)體，提高圍巖的完整性，增強圍巖自身承載能力，提高圍巖的可錨性；通過漿液填充圍巖裂隙，增強破碎圍巖力的傳導(dǎo)作用，將錨索的預(yù)應(yīng)力有效向深部的圍巖體擴散。

強力錨索加固旨在巷道圍巖恢復(fù)連續(xù)性后，對圍巖周邊加上強力的邊界條件，使其提高主動承載能力，進而抵抗應(yīng)力重新分布過程中巷道圍巖的變形，確保巷道受采動影響后的有效斷面。

4 現(xiàn)場加固試驗

4.1 加固材料

由于圍巖裂隙發(fā)育，決定采用水泥漿加固。注漿使用525 號（42.5 MPa）普通硅酸鹽水泥配合XPM添加劑制備素水泥漿,水灰比0.6∶1～1∶1；表面堵漏及大范圍漏漿進行注漿堵漏時，壓注水泥- 水玻璃雙液漿，水泥與水玻璃體積比1∶0.4。

4.2 加固3220 正巷方案

1）淺孔注漿技術(shù)參數(shù)：由于3220 正巷為順槽巷道，巷道表面嚴重破壞，為防止注漿時漏漿，施工前須先清理巷道內(nèi)冒落垮塌的圍巖，之后對巷道兩幫淺部進行注漿堵漏，淺孔注漿全部采用水泥漿；當出現(xiàn)大面積漏漿時，采用水泥- 水玻璃雙液漿。3220 正巷幫部水泥淺孔注漿鉆孔孔布置，見圖1-a，排距2 000 mm。

2）深孔注漿技術(shù)參數(shù)：3220 正巷幫部水泥深孔注漿鉆孔布置，見圖1-b，7 m 煤柱側(cè)幫部注漿鉆孔深度4 000 mm；工作面?zhèn)茸{鉆孔深度5 000 mm，排距均為2 000 mm。

圖1 注漿孔布置圖

3）補強錨索支護參數(shù)：全部采用φ22 mm 的1×19股高強度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，錨索長度4 300 mm。錨索排距3 000 mm，幫底角和幫中部錨索分別距底板300 mm、1 550 mm，相互之間成“之”字型布置，見圖2。注漿前錨索張拉預(yù)緊力≥150 kN。錨索張拉預(yù)緊后注漿方式：使用預(yù)置孔內(nèi)的鋁塑注漿管，鉆孔全長一次注漿。注漿壓力：注漿終止壓力4～6 MPa。錨索注漿完畢超過3天后，進行二次預(yù)緊（預(yù)緊力≥250 kN）。

圖2 注漿錨索布置

5 加固支護效果

為了監(jiān)測注漿加固后的支護效果，注漿加固后回采前3220 正巷安裝了2 組表面位移測站（在距巷口410 m 和500 m 處）；回采期間在超前工作面200 m 處的注漿加固段安裝了一組測站。巷道圍巖變形量見圖3。從圖3-a 看出，對受3220 新副巷掘進動壓影響的3220 正巷注漿加固后，兩幫最大收縮量23 mm，頂?shù)装遄畲笠平?7 mm，說明注漿加固有效控制了掘進動壓影響下的采空區(qū)邊緣掘進巷道的變形。圖3-b 是回采工作面距測站不同位置時巷道圍巖表面的位移變化曲線，巷道在超前壓力影響下，開始時位移較平緩；隨著工作面的推進，巷道圍巖變形逐漸強烈，工作面推進到測站附近10 m 范圍內(nèi)，兩幫最大位移量440 mm，底鼓量390 mm，頂板下沉量控制在110 mm 左右，能基本滿足回采期間安全使用要求；說明對小煤柱穿巷的相鄰巷道進行注漿加固后，很好地控制了巷道圍巖變形。

圖3 3220 正巷表面位移監(jiān)測曲線

6 結(jié)術(shù)語

通過現(xiàn)場調(diào)查和鉆孔窺視結(jié)果得知，受強烈動壓影響后采空區(qū)邊緣煤柱圍巖體內(nèi)裂隙較發(fā)育，針對此類圍巖加固必須基于恢復(fù)圍巖完整，提高圍巖體的支護強度。

采用注漿對破碎煤巖體進行原位加固，不僅能提高圍巖的完整性，增強圍巖自身承載能力，更能提高錨網(wǎng)支護與圍巖形成的支護結(jié)構(gòu)承載抗擾動能力。

注漿加固基礎(chǔ)上，采用注漿錨索補強支護，通過漿液填充圍巖裂隙，增強了破碎圍巖力的傳導(dǎo)作用和圍巖自身的承載能力，將錨索的預(yù)應(yīng)力有效地向地深部圍巖體擴散，并對已形成的圍巖承載支護結(jié)構(gòu)進行加強，能有效控制受多次動壓影響的采空區(qū)邊緣掘進巷道圍巖變形。

[1] 孔一凡,姬陽瑞.動壓巷道錨注加固技術(shù)應(yīng)用研究[J].煤炭科學技術(shù),2006(8)：32-35.

[2] 張 農(nóng).巷道滯后注漿圍巖控制理論與實踐[M].徐州∶中國礦業(yè)大學出版社,2004.

[3] 陳炎光,陸士良.中國煤礦巷道圍巖控制[M].徐州∶中國礦業(yè)大學出版社,1994.

[4] 劉長武.軟巖巷道錨注加固原理與應(yīng)用[M].徐州∶中國礦業(yè)大學出版社,2000.