淺析深井復雜應力狀態下巷道加固技術

韓熠梁

摘 要：在煤礦的生產過程中，巷道容易受采動的影響而產生變形，圍巖也會受到大范圍的破碎，因此支護難一直是困擾煤礦生產的一大難題，如何在復雜應力條件下對巷道進行加固，成為了煤礦企業急需要解決的問題，本文以太原煤氣化龍泉煤礦為例，對其巷道的加固技術進行研究，以此來為其他煤礦的巷道加固提供參考。

關鍵詞：巷道失穩；巷道加固；技術

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.07.114

1 項目基本概況

龍泉煤礦，主采煤層為4#煤，屬氣煤煤，煤層結構簡單，煤層較軟，有玻璃光澤。目前只有4202工作面回采，本工作面為一次采全高放頂煤回采工作面，地面標高約為1200m，井下標高約為780m，采高3.5m，放頂煤3.0m，工作面平均走向長度為2400m，工作面傾斜長度250m。

龍泉煤礦井下有北一回風大巷、北二回風大巷、北膠帶大巷、北輔運大巷四條主要大巷，服務于礦井下料、提升和通風等各系統。四條主巷沿南北方向布置，單巷長約1200m，西面為礦井工業廣場保護煤柱，東面為本礦回采工作面。由于四條主巷受采動影響，造成許多安全隱患。目前主巷礦壓顯現基本穩定。本回采區域煤層頂板為2.54m左右的黑灰色粉砂巖、泥巖、極易冒落，不宜管理；底板為2.18m左右的深灰、黑灰色泥巖，受力后極易發生底鼓。

2 巷道失穩的原因

2.1 巷道群之間的應力影響

大巷掘出后，會發生應力重新分布，在膠帶大巷左側與回風大巷右側發生應力集中，應力集中系數達到1.95。由于相鄰大巷間煤柱寬度較小，膠帶與回風大巷間煤柱上高應力作用下產生的大量變形被膠帶大巷下山空間所吸收，導致掘巷后皮帶大巷周圍圍巖塑性區明顯增大，圍巖變形量較輔運、回風大巷大。

2.2 采動對下山圍巖變形的影響

大巷掘出后受回采工作面開采的影響，回采產生的超前支承壓力與大巷周圍圍巖應力疊加，導致大巷圍巖應力重新分布，圍巖塑性區范圍進一步增大，應力集中系數達到了2.55，大巷原有支護難以承受這么高的應力。當本礦4201工作面回采后，受超前支承壓力的影響，在大巷左側停采線煤柱上，應力集中系數達到了2.55，巷道圍巖應力再一次重新分布，圍巖再次破壞，塑性區范圍變的更大，使得下山支護環境更加惡化。

2.3 下山圍巖穩定性差

大巷頂板為2.54m左右的黑灰色粉砂巖、泥巖、極易冒落，不宜管理。底板為2.18m左右的深灰、黑灰色泥巖，受力后極易發生底鼓，巷道翻修時經過多次挑頂、刷幫、臥底，導致圍巖裂隙更加發育。

2.4 現有砌碹支護難以控制圍巖的強烈變形

首先砌碹屬于剛性被動支護體，可縮性差，不適應受多次采動影響巷道的大變形。其次現有支護結構本身不穩定、支護形式又比較單一。同時砌碹支護碹體的強度不夠。

3 深井復雜應力狀態下巷道的加固技術

3.1 巷道圍巖充填、注漿加固

首先確認巷道加固位置，由于頂部注漿加固及幫部注漿加固不能改善巷道圍巖應力狀況，與無注漿加固情況相比，變化不明顯。因此對巷道進行全斷面注漿加固。

其次選擇ZKD高水速凝的注漿材料和電動雙液注漿泵的注漿設備。充填管采用鋁塑管，注漿管采用?20mm鋼管制作，注漿管長1.5m，外端加工30mm螺紋，注漿封孔長度為1.2m，在里段1.20m和1.35m位置處分別打直徑6mm的孔。

充填、注漿參數主要有：水灰比、注漿壓力、注漿量、充填孔、注漿孔布置等。其中水灰比考慮井下施工條件，漿液固結強度及材料消耗等因素，充填漿液的水灰比應為1.8：1，注漿漿液水灰比應為1.5：1。而注漿壓力，注漿壓力不能太大，以免破壞圍巖及料石碹，確定注漿壓力為1.5～2.5MPa，最大不超過3.0MPa。注漿量，要盡量保證裂隙充填滿的需要，注到不吃漿為止。注漿孔布置的原則主要是保證漿液盡可能多、均勻滲透到破碎圍巖中，根據注漿工程實踐，三條下山充填孔布置應為：每2m布置1排，每排6個孔，頂部注漿孔布置與拱頂呈45°夾角，幫部注漿孔間距1000mm，孔徑42mm，注漿孔深2400mm。

最后是注漿。注漿時先制漿，高水速凝材料分為甲、乙料兩部分，兩種材料用量為1：1，需要甲乙料單獨攪拌，混合后15～20分鐘即凝固。充填時水：高水速凝材料=1.8：1，每次攪拌一桶用料8袋，加水720kg，注漿時水：高水速凝材料=1.5：1，每次攪拌一桶用料8袋，加水600kg。然后是封孔，詞用布袋封孔，長度為1.2m。緊接著封孔后，從下向上連續填充，注漿時，從幫部向頂部注漿。封孔后從下向上開始充填。由于向上充填，一旦充填管內的高水速凝材料固結，該管即堵塞而報廢，因此，盡可能連續充填。注漿時，在封孔結束后從幫部向頂部開始注漿。

3.2 錨桿支護

注漿加固只能在圍巖的一定深度進行，對于受多次采動影響的巷道，還需要與錨桿、索支護共同維持巷道圍巖周邊的穩定。因此，采取先注漿后采用錨桿支護相結合的方法，可以更加有效的提高支護效果。

對于復雜應力巷道，應采用高預應力、強力錨桿組合支護，應盡量一次支護就能有效控制圍巖變形與破壞，避免二次支護和巷道維修。首先選取20MnSi螺紋鋼錨桿，其次采用全長錨固來控制巷道的圍巖、錨桿長度選取2.4m，控制巷道圍巖的變形量、同時采用800*800mm的排距，間距為下山中軸線兩側30°位置，排距為2.4m，每隔三排錨桿打一排錨索，即有良好的支護效果，又能節約成本。

4 結論

綜上所述，巷道容易受采動的影響而發生不穩定的現象，影響著煤礦的開采作業，因此必須要對其進行加固。經過本文分析，認為對于復雜應力條件下巷道加固，可以先采用先高水速凝材料充填、注漿加固后錨桿支護，不僅可以顯著提高巷道圍巖的支護效果，保證巷道的安全狀況，而且還降低了巷道維護成本、減輕了工人勞動強度，提高了煤礦企業的經濟效益。

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