超長鉆孔超前預注漿在回風大巷掘進過大落差斷層組中的應用

王 威楊張杰陳根生王慶牛王福海陳 康

（1.安徽省煤炭科學研究院，安徽省合肥市，230001；2.淮浙煤電有限責任公司顧北煤礦分公司，安徽省淮南市，232150）

超長鉆孔超前預注漿在回風大巷掘進過大落差斷層組中的應用

王 威1楊張杰1陳根生2王慶牛1王福海1陳 康1

（1.安徽省煤炭科學研究院，安徽省合肥市，230001；2.淮浙煤電有限責任公司顧北煤礦分公司，安徽省淮南市，232150）

以顧北礦斷層異常帶區域南翼回風大巷為研究對象，根據掘前超前加固、掘后有效支護的原則，通過長鉆孔超前預注漿實現水泥漿充填圍巖裂隙，再配合以超前錨桿掩護巷道掘進，以36U型鋼為基本支護，并在關鍵部位采用預應力錨桿錨索強化、全斷面噴漿封閉、淺孔低壓注漿充填、滯后深孔高壓注漿加固等綜合控制方案，實現了通過超長鉆孔超前預注漿加固可以一次性穿過斷層構造帶區域。

巷道掘進 過斷層 長鉆孔 超前預注漿 U型鋼

斷層異常帶區域巷道支護是一項復雜的技術工程，由于斷層帶區域圍巖節理裂隙發育、構造應力集中，在掘進影響下容易進一步惡化，因此其支護難度甚至高于高應力軟巖巷道支護。顧北礦北翼采區主采煤層主要集中在顧橋鎮地下，由于顧橋鎮短時間不能實現搬遷，今后幾年顧北礦主采的11#、8#和6#煤層都要轉移到南翼采區，而打開南翼采區的關鍵，首先是采區系統巷道要穿過F104斷層組。由于斷層帶區域構造應力集中、裂隙發育，存在重大的安全隱患，因此采區系統巷道要穿過F104斷層組區域不僅具有一定挑戰性，而且對顧北礦順利達產、持續高產穩定將具有重要意義。

1　地質概況

顧北礦南翼回風大巷設計支護形式為架棚支護，巷道斷面尺寸5.8 m×4.5 m。根據地測部門提供的資料，南翼回風大巷已施工至SH12點前33.1 m，巷道所處底板標高為-680.0 m。根據超前物探成果資料分析，斷層構造帶影響該巷道長度約40 m。巷道過F104-1斷層附近6#-2煤層，煤層頂板以泥巖和粉砂巖為主，少量薄層狀炭質泥巖，巖層裂隙、層理發育。由于斷層帶區域構造應力集中，因此局部區域圍巖極易破碎，不僅滑面多、粘結力差，而且易風化失穩冒落。南翼回風大巷過F104斷層組地質預計剖面示意圖見圖1。

圖1　南翼回風大巷過F104斷層組地質預計剖面示意圖

2　掘前超前預注漿參數及施工工藝

超前預注漿鉆孔共布置12組，鉆孔布置在開挖面上，最長鉆孔為48 m，超過斷層影響區域8 m，最短鉆孔為37 m。具體超前預注漿鉆孔設計參數見表1。通過超長超前高壓預注漿，巷道頂板上方10 m、幫部左右10 m以及底板下方5 m范圍內巖石裂隙都得到充填，提高了巷道前方F104斷層組圍巖的力學性能。超前預注漿鉆孔布置如圖2所示。

表1　南翼回風大巷超前注漿鉆孔設計參數

圖2　超前預注漿鉆孔布置示意圖

超前預注漿施工工藝如下:

（1）開挖面找平，掛網初噴混凝土。初噴混凝土噴層厚50～100 mm，噴漿料按水泥、黃砂、石子為1∶2∶2的重量配比，水灰比0.5∶1，速凝劑用量為水泥重量的3%，水泥采用42.5#普通硅酸鹽水泥。初噴混凝土范圍為開挖面及開挖面向后10 m范圍圍巖。

（2）在開挖面上施工1#～5#中空注漿錨索，加固開挖面。中空注漿錨索均垂直開挖面布置，注漿壓力0.5 MPa，水灰比為0.75∶1。

（3）復噴混凝土。復噴混凝土噴層厚100～150 mm，噴漿料及噴漿位置同初噴混凝土及位置。

（4）在開挖面施工1#～12#長鉆孔，開孔孔徑133 mm，孔深12 m，采用?108 mm巖芯管進行固管，巖芯管上用?8 mm的鋼筋焊接3道，每道4根，固管長度為12 m。固管水泥凝固48 h后，要進行固管耐壓試驗，固管壓力為10 MPa。

（5）進行1#～12#長鉆孔低壓注漿。目的是密實巖芯管與圍巖之間間隙，漿液配比1∶1.25～1∶1.5，添加水泥重量的0.5%工業鹽和0.05%的三乙醇胺。

（6）繼續施工1#～12#長鉆孔到達設計深度及高壓注漿，采用?75 mm鉆頭套在?108 mm孔口套管內鉆孔至設計深度。長鉆孔注漿壓力15 MPa，漿液配比同低壓注漿材料一致。為了提高長鉆孔高壓注漿效果，每次注漿時必須保證開挖面有2個已套好的孔（2個孔不在同一位置），一方面是為了排放圍巖內部氣壓，另一方面若斷層帶內有與水泥不易固結的淤泥，可以通過高壓注漿將淤泥擠出來。

（7）1#～12#長鉆孔注漿結束48 h后，施工檢驗孔，若鉆孔出現泥糊及噴孔現象，必須要重新補孔注漿，直至檢查鉆孔不出現泥糊及噴孔現象，方可開始向前施工。開挖面中空注漿錨索及超前預注漿鉆孔位置見圖3。

圖3　開挖面中空注漿錨索及超前預注漿鉆孔位置示意圖

3　巷道支護技術參數及施工工藝

為使巷道能順利通過斷層異常地質構造帶，根據掘前超前預注漿加固、掘后有效支護的原則，超前預注漿加固后采用以36U型鋼為基本支護，關鍵部位預應力錨桿錨索進行強化、全斷面噴漿封閉、淺孔注漿充填、滯后深孔注漿加固等綜合控制方案。

（1）為防止開挖面因頂板破碎而出現漏冒現象，巷道應在超前錨桿掩護下掘進。超前錨桿采用?22 mm×2500 mm螺紋鋼錨桿，錨桿安裝與巷道走向呈5°～10°夾角外傾，間排距0.2 m×1 m，每斷面布置29根超前錨桿。

（2）架設36U型棚支護，U型棚支架棚距500 mm。

（3）施工固棚錨桿和固棚常規錨索。在U型棚棚腿兩側各施工2組固棚錨桿，固棚錨桿規格為?22 mm×2500 mm，錨桿滯后開挖面距離不超過10棚的距離；固棚錨索則按1-2布置，即第一排布置在棚梁正頂位置，第二排布置在棚梁兩側肩窩位置，固棚錨索規格為?21.8 mm×6300 mm。固棚錨索滯后開挖面距離不超過2棚的距離；錨索、錨桿鉆孔直徑為?32 mm。

（4）滯后開挖面不超過20 m進行噴漿及淺孔注漿。淺孔間排距為2500 mm×3000 mm，每排布置5個淺注漿孔，孔深1.0 m，孔徑42 mm，采用長0.5 m、?19 mm淺孔注漿管。

（5）滯后開挖面不超過30 m施工中空注漿錨索。中空注漿錨索采用5-0布置，間排距為2000 mm×1000 mm，即隔棚分別在巷道正頂、兩側肩窩及兩側幫各布置1根中空注漿錨索，中空注漿錨索規格為?22 mm×6300 mm，中空注漿錨索鉆孔?32 mm，每孔2卷Z2360錨固劑，注漿壓力10～15 MPa，深孔水灰比為1∶1。回風大巷掘進過程中圍巖支護布置如圖4所示。

4　工業性試驗

當巷道距斷層面約20 m時，進行超前預注漿加固巷道前方圍巖。歷時28 d，共施工12組超前預注漿鉆孔，共計注水泥1132袋，重56.6 t，實現了長鉆孔超前預注漿一次性穿過斷層構造帶區域。通過對斷層異常帶南翼回風大巷支護效果近一年礦壓觀測表明，斷層構造帶區段巷道頂板下沉量為40 mm，底鼓量為120 mm，兩幫移近量為248 mm，巷道寬度均不小于5 m，混凝土噴層沒有出現開裂，巷道基本上不需要維修，說明巷道過斷層異常帶區段頂、幫及底板進行整體加固后，巷道圍巖變形量大幅降低。

圖4　回風大巷掘進過程中圍巖支護布置示意圖

南翼回風大巷過F104斷層組試驗段以超前錨桿掩護巷道掘進，以36#U型鋼為基本支護，通過關鍵部位預應力錨桿錨索強化，不僅達到了預期目的，而且避免了巷道重復翻修，說明試驗段所采用的支護方案合理。

5　結語

（1）注漿前巷道圍巖不僅裂隙發育，而且松散破碎；注漿后，通過鉆孔窺視，基本上看不到圍巖裂隙，達到了圍巖裂隙被水泥漿充填密實的目的，實現了通過超長鉆孔超前預注漿一次性穿過斷層構造帶區域。

（2）斷層異常帶試驗段與過斷層前非試驗段相比，巷道圍巖變形量及變形速度均大幅降低。斷層異常區按設計要求施工時不僅圍巖變形量得到有效控制，而且與過斷層前非試驗段相比還實現了免修護。

［1］ 張斌川，盧輝，劉路等.不同支護形式下深部巷道支護對比試驗研究［J］.中國煤炭，2014（12）

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［3］ 吳志忠，李金海.復合頂板錨桿支護的疊加支護方法［J］.中國煤炭，2003（5）

［4］ 賈濟賓.超前預注漿結合徑向注漿封堵高壓斷層水技術［J］.礦業安全與環保，2012（6）

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［7］ 吳鑫，李基.淺埋薄基巖超前預注漿防水參數設計及工程驗證［J］.煤礦安全，2014（7）

［8］ 李木宣，馬海峰.大斷面煤巷過斷層組超前預注漿加固應用研究［J］.煤礦開采，2013（4）

［9］ 韓玉明.綜放工作面回風巷超前預注漿加固技術［J］.煤炭科學技術，2013（8）

［10］ 陳科，劉兆義，顧新澤等.大采深綜采工作面過斷層超前預注漿技術應用［J］.煤炭技術，2012（11）

［11］ 范飛，虛增余，姬文瑞等.地表超前預注漿技術在治理阿拉坦隧道淺埋破碎帶中的應用研究 ［J］.鐵道建筑，2012（11）

（責任編輯 張毅玲）

Appilication of overlength borehole pre-grouting in main return airway crossing big drop fault group

Wang Wei1，Yang Zhangjie1，Chen Gensheng2，Wang Qingniu1，Wang Fuhai1，Chen Kang1
（1.Anhui Province Coal Science Research Institute，Hefei，Anhui 230001，China；2.Gubei Coal Mine，Huaizhe Coal Electricity Co.，Ltd.，Huainan，Anhui 232150，China）

Taking the main return airway located in south side of abnormal fault zone in Gubei Coal Mine as the object of study，according to the principles of advance strengthening before digging and effective support after digging，cement paste pre-grouting in overlength borehole was used to fill the fractures in surrounding rock，advance anchor bolts were used to protect the roadway excavation.Taking 36#U-type steel as basic support method，integrated control methods were used in key positions，such as pre-stressed anchor bolts and cables，full-section guniting and sealing，shallow hole grouting filling with low pressure，delayed longhole grouting reinforce ment with high pressure，which reliazed that the main return airway could cross the fault tectonic zone by using overlength borehole pre-grouting reinforce ment.

roadway excavation，crossing fault，long borehole，pre-grouting，U-type steel

TD353

A

王威（1982-），男，安徽靈璧人，助理研究員，碩士研究生，2015年安徽理工大學碩士研究生畢業，現主要從事煤巷錨桿支護設計研究、軟巖巷道礦壓的顯現規律及治理工作。