大跨度變形巷道復合注漿與錨固聯合修復技術

李波

摘 要：王坡煤礦二采區集中軌道巷地應力條件復雜，出現大范圍的嚴重變形，鉆孔窺視結果表明，頂板上方2.5 m內出現大量離層。通過對巷道的變形和受力特征分析認為集中軌道巷變形的主要原因是錨桿支護系統的支護強度偏弱和采動影響。結合現場巷道變形條件和現有巷道加固技術，提出了復合注漿與錨固聯合修復方案，實踐表明該技術對于大跨度高應力變形巷道的控制具有較高的應用價值。

關鍵詞：大跨度巷道 注漿錨索 復合注漿 加固技術

中圖分類號：TD82 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）05（a）-0086-02

在煤礦開采過程中，隨著開采深度增加，頂板受力條件變得更復雜，巷道圍巖壓力會不斷增大，巷道維護變得更困難。特別是當巷道跨度比較大時，極易出現圍巖受力變形，導致巷道控制困難，因此，大跨度易變形巷道的支護是目前亟待解決的一個重要問題。

1 現場地質條件及出現問題的原因分析

王坡煤礦主采3#煤，平均厚度5.97 m，平均傾角為6°，抗壓強度為15.5 MPa，內生節理裂隙發育，局部含有兩層夾矸。直接頂為砂質泥巖，平均厚度4 m，抗壓強度為41.6 MPa，局部含有粗粉砂巖。底板為泥巖或細粉砂巖，平均厚度2.1 m，抗壓強度為36.7 MPa。

采區變電所、水泵房等永久硐室，分別布置在集中軌道巷與集中回風巷、集中軌道巷與集中膠帶巷之間，局部巷道布置密度高、距離近，形成了近距離高密度巷道群，臨近區域采掘影響易造成圍巖失穩甚至變形破壞（見圖1）。

集中軌道巷斷面尺寸為長×寬=4.5×3.1 m，沿煤層底板掘進，巷道頂板有2.9 m的煤層、砂紙泥巖、中砂巖等巖層，全斷面采用錨桿索加噴漿聯合支護。但是在建井前期就已發生底鼓、幫頂噴層開裂等破壞，通過分析得出主要原因有以下三方面：

（1）受附近掘進巷道和硐室開挖影響。由于采區變電所周圍巷道和硐室多，掘進動壓導致巷道與硐室之間的隔離煤柱圍巖失穩、變形增大；（2）附近工作面開采的影響。3212綜采面回采動壓導致巷道變形更加嚴重；（3）巷道支護強度不足。巷道埋深超過450 m，巷道兩幫圍巖處于應力升高區，支護強度不足。

2 巷道圍巖鉆孔窺視及分析

為準確了解巷道圍巖的破壞情況，進行了圍巖結構鉆孔窺視，見圖2。

頂板從開口處往頂板深部，裂隙開始表現為多而無序，說明圍巖破碎嚴重，隨著深度增加，裂隙多表現為水平橫向裂隙，裂隙多沿巖層的層理面擴展，其中在2.4 m處發生離層，錨桿長度為2.3 m，離層范圍在錨桿錨固區外；隨著鉆孔深度繼續增加到4 m以后，橫向裂隙逐漸減少，鉆孔完整性保持較好，說明巷道頂板4 m深部處圍巖基本完好。

窺視結果表明，錨桿支護區域位于離層擴展區以下，可能存在不穩定和繼續離層的情況，為了控制表面錨桿錨固區巖層的繼續變形，需要設計加固方案在加固錨桿錨固區整體承載能力的同時，增加大結構承載能力。

3 大跨度變形巷道加固技術的分析選擇

針對該礦大跨度變形巷道的實際情況，要求對其圍巖薄弱破碎區域進行加固，防止巷道在服務期內出現頂板破壞冒漏等事故，從而滿足巷道的支護要求，實現服務期間的安全。

變形巷道圍巖加固通常可采取的方法包括：

（1）棚式支架支護。

破碎圍巖巷道棚式支架配合金屬網維護，可以防止破碎煤巖體的突然塌落冒頂。但由于棚式支護為被動支護，難以對巷道圍巖施加有效控制變形的預應力。

（2）破碎圍巖錨桿、錨索支護。

對于已發生離層、破壞的巷道破碎圍巖，采用錨桿錨索補強支護時，由于圍巖開裂破壞，內部完整結構消失，可錨性下降，錨桿錨索預緊過程所需的錨固力不足。而且，圍巖內部開裂離層部位將阻斷錨桿錨索作用于圍巖的預應力在錨固區的傳遞，此時簡單的錨桿錨索補強支護，也往往不能有效控制圍巖變形的發展。

（3）注漿加固。

對變形巷道進行高壓注漿的目的是充填已經變形的巷道圍巖內部裂隙，將破碎圍巖進行膠結加固，提高其自身的承載能力，重構完整的圍巖巖體結構，形成連續的巷道圍巖結構體，以有利于錨桿（索）加固時圍巖內部力的傳遞，可以顯著提高加固效果。因此，注漿加固是整個巷道加固的基礎，也是保證加固效果的基本條件。在實施高壓注漿后，破碎圍巖基本上可以恢復到連續狀態，但自身承載能力仍不能滿足巷道加固要求，注漿施工后必須補強對集中軌道巷圍巖的支護。

4 大跨度變形巷道圍巖加固的參數與實踐

根據前面研究確定集中軌道巷加固技術主要采用高壓復合注漿配合強力錨索支護，結合鉆孔窺視結果和工程類比法，綜合確定巷道加固采用初次水泥漿注漿、二次化學漿注漿和三次強力錨索補強的綜合加固順序，并確定相應參數，如圖3所示。

水泥注漿加固參數：圍巖水泥注漿鉆孔成排五花布置，排距1.8 m，布置在兩排錨桿之間，間距1.2～1.6 m，兩幫靠近頂底板的注漿孔上仰或下扎15°，其余鉆孔垂直于兩幫；頂板靠近兩幫的注漿孔，外扎15°和45°，其余鉆孔垂直于頂板。幫孔深度6 m，頂孔深度4 m，孔口注漿壓力3～5 MPa。

如圖3（a）所示。

化學注漿加固參數：水泥注漿完成后，幫頂進行化學注漿，進一步改善圍巖結構完整性。化學注漿孔沿巷道斷面五花眼布置，排距2.7 m，間距2～2.25 m，化學注漿孔深度均為3 m，封孔深度0.8 m注漿終止壓力6～8 MPa。如圖3（b）所示。

圍巖補強支護參數：化學注漿施工完成1天后，進行注漿錨索補強支護。錨索選用直徑22 mm的1×19絲錨索，長度5.3 m，采用一支K2335和兩支Z2360樹脂端部錨固，其余部分采用水泥漿錨固。頂板錨索采用三花布置，間距1.5 m，排拒1.8 m。巷幫錨索間距1.3 m，排拒1.8 m，底腳錨索下扎5～10°，其余幫錨索垂直巖面布置。如圖3（c）所示。

5 監測效果分析

錨索受力監測曲線如圖4所示，錨索在預緊后的兩三天內預緊力均有不到10 kN的下降，這有兩方面的原因：一是儀器的誤差；二是注漿加固沒有將巷道圍巖內的微小裂隙注實，導致在高預緊力的情況下，巷道圍巖內的微小裂隙被壓實。在后期的監測曲線可以看出，錨索一直處于穩定狀態，且受力逐步增加，說明注漿加固工程施工質量合格。

6 結論

（1）集中軌道巷發生變形和破壞的原因主要為巷道支護強度弱、應力條件復雜和受到3212綜采面的開采采動影響，鉆孔窺視結果顯示，巷道在離層和變形主要發生在距離巷道表面4 m范圍以內。

（2）通過對比棚式支護、錨桿索支護和注漿加固等巷道加固修復技術的適應性，綜合集中軌道巷的變形與裂隙發育特點，確定采用初次水泥漿注漿、二次化學漿注漿和三次強力錨索補強的綜合加固技術，并詳細設計了相應的支護參數。

（3）現場的加固實踐表明，在集中軌道巷在采用修復加固技術以后支護體整體承載能力增強，支護構件受力合理，對巷道的控制效果優良。

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