傾斜煤層綜放工作面停采段輔運巷注漿預加固技術實踐

陳力慧 馬驥貴

摘要：由于急傾斜煤層巷道其特殊的圍巖結(jié)構(gòu)及破壞機理，巷道的合理支護一直是工程上的難點;為了解決這一難題，在矩形斷面錨網(wǎng)索原支護的基礎上，制定了全斷面注漿加固技術方案，不僅將圍巖內(nèi)的裂隙充滿固結(jié)改善應力狀態(tài)，而且將原支護方案中的錨桿和錨索轉(zhuǎn)化為全長錨固，增強錨桿的錨固力和錨固的可靠性，實現(xiàn)對巷道圍巖的有效控制提高其整體性，形成復合錨固結(jié)構(gòu)，為以后礦山處理急傾斜煤層巷道積累了經(jīng)驗。

Abstract： Due to the special surrounding rock structure and failure mechanism of the steeply inclined coal seam roadway， reasonable support of the roadway has always been a difficult point in engineering; in order to solve this problem， a full section has been developed based on the original support of the rectangular section anchor net. The grouting reinforcement technical scheme not only fills the cracks in the surrounding rock to improve the stress state， but also transforms the anchor rod and anchor cable in the original support scheme into full-length anchoring， and enhances the anchoring force of the bolt and the reliability of the anchoring， achieves effective control of the surrounding rock of the roadway and improve its integrity， forms a composite anchoring structure， and provides accumulate experience for the mine to treat steeply inclined coal seam roadway.

關鍵詞：急傾斜煤層;注漿加固;裂隙;復合錨固結(jié)構(gòu)

Key words： steep coal seam;grouting reinforcement;crack;composite anchoring structure

中圖分類號：TD745 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）07-0133-03

0 ?引言

隨著我國煤礦開采的發(fā)展，可采的煤礦資源越來越少，對于急傾斜煤層的開采逐漸增多。難免有些巷道被迫設置在破碎圍巖的地質(zhì)構(gòu)造區(qū)，巷道圍巖松散破碎程度較高，往往表現(xiàn)出強度低、流變性強、易膨脹等特性，給巷道的支護造成較大困難[1-4]。由于急傾斜煤層的破壞機理復雜，缺乏理論基礎的研究，加之開采過程中沖擊地壓的影響，巷道失穩(wěn)事故相繼出現(xiàn)，因此巷道支護技術的合理應用尤為重要。

32111綜采工作面停采線輔運巷作為通風、排水、供水、避災、人員輸送及安置電纜及重要設備的重要交通樞紐，其安全穩(wěn)定性至關重要，如圖1所示。綜采工作面停采線輔運巷區(qū)域容易出現(xiàn)煤質(zhì)較酥脆，易碎，頂板煤體破碎較為嚴重存在較為嚴重的冒落現(xiàn)象，整體性、堅固性都受到破壞，頂板破碎較難管理等等問題，因此對輔運巷進行全斷面注漿加固，改善破碎煤巖體的強度和力學狀態(tài)，提高煤巖體的自身承載能力，改善工作面穩(wěn)定狀況。

1 ?工程與地質(zhì)概況

32111綜放工作面整體呈撓曲構(gòu)造，煤（巖）層傾向北西，傾角5～44°，平均傾角25°，32111回采范圍內(nèi)發(fā)育五條正斷層，斷層附近為地應力較強烈的區(qū)域，煤層頂板的整體性、堅固性都受到破壞，頂板破碎較難管理，如圖2所示。32111輔運巷沿煤層底板掘進，施工長度為600 m，采用矩形斷面錨網(wǎng)索支護，凈斷面為14.4m2（凈寬4.8m×凈高3m）。其中400～435m、596～607m頂板破碎采用套棚加強頂板支護。在輔運巷西拐中部鋪設軌道，安設移動變電站、各部開關、自動控制站、乳化液泵站、噴霧泵站等組成移動列車。在巷道采煤幫吊掛3300v電纜、1140v電纜及各種監(jiān)測監(jiān)控線;在巷道煤柱幫吊掛消防灑水管、注漿管和排水管。輔運巷道斷面原支護如圖3所示。

2 ?注漿加固原理

2.1 注漿提高和改善了破碎煤巖體的強度和力學狀態(tài)

工作面煤巖體在構(gòu)造應力作用下呈破碎狀態(tài)，其強度及彈性模量均較低，此外，在回采過程造成工作面煤巖體由破碎狀態(tài)變?yōu)樯Ⅲw狀態(tài)，工作面穩(wěn)定性急劇下降，造成短時穩(wěn)定維護困難。漿液固結(jié)體的強度不一定比圍巖高，但加固材料具有較大的粘結(jié)力，可顯著提高破碎煤巖體的強度和剛度，某些材料的塑性變形較大，當載荷較大時，固結(jié)體發(fā)生變形但不破壞。不連續(xù)面強度和變形模量等力學性能的改善，大大提高了巖體的強度及自身承載能力。

2.2 滲透-劈裂滲透作用

注漿時漿液在泵壓的作用下，滲透充填一些裂隙，另外經(jīng)擠壓可以使一些充填不到的裂隙閉合，提高圍巖的強度。降低巖體的孔隙率，可大幅度提高巖體的強度。注漿加固后，漿液將圍巖內(nèi)的裂隙充滿固結(jié)，使裂隙端部的應力集中大大削弱或消失，從而使巷道圍巖的破壞機制發(fā)生轉(zhuǎn)變。另外，當工作面煤巖體中存在較大的裂隙，裂隙附近的巖體處于二向應力狀態(tài)，裂隙內(nèi)充滿加固材料或壓密后，將變?yōu)槿驊顟B(tài)，而巖體在三向應力狀態(tài)時的強度比二向應力狀態(tài)時顯著增大，并且脆性減弱、塑性增強。

3 ?注漿加固技術方案

在輔運順槽停采線后退15m至前方5m的20m范圍內(nèi)圍巖整體破碎嚴重，因此考慮采用全斷面注漿加固，注漿前對特別破碎區(qū)域應噴射混凝土封閉巷道表面。

3.1 加固方案

在巷道頂板、左幫及右?guī)停üぷ髅婷罕冢└鞑贾?個注漿孔，注漿孔孔徑均為φ45mm，孔深為5000mm，左右?guī)妥{孔間排距為1000mm×1500mm，頂板注漿孔間排距為1500mm×1500mm。注漿管使用φ26mm焊接鋼管制作，規(guī)格為φ26mm×600mm，注漿管孔口150mm為實心管、端頭450mm為帶孔花管（注漿管設若干溢漿孔，孔徑為φ8mm;孔距為150mm，按梅花形排列）;孔口管封孔長度為150mm，可采用軟木止?jié){塞進行封口，注漿管及止?jié){塞剖面如圖4所示。

3.2 注漿過程中的主要技術參數(shù)

①注漿材料：注漿采用單液水泥，并添加減水劑，水泥使用42.5級普通硅酸鹽水泥，為提高水泥漿的可注性和早期強度，建議添加NF型高效減水劑;漿液結(jié)石率不低于95%，漿液固結(jié)體強度不低于20MPa。

②注漿參數(shù)：低壓注漿時，漿液結(jié)石率不低于92%，漿液固結(jié)體強度不低于20MPa，注漿壓力控制在2.0MPa以內(nèi)，保證噴層不發(fā)生開裂。每米巷道注漿量控制在3.0～3.5t水泥。

高壓二次注漿時，為避免高壓力注漿造成煤柱破壞，施工時注漿壓力控制在3.0～3.5MPa，巷道加固范圍控制在5.0m左右。每米巷道注漿量控制在2.0～2.5t水泥。初步估算，停采線20m范圍內(nèi)5m孔低壓淺孔注漿管一共大約需要注漿管126個。

此外，噴射混凝土強度等級C30，摻加速凝劑，厚度30mm左右，同時保證注漿管孔口外露長度不少于30mm，以便于后期進行注漿加固。

4 ?巷道注漿加固施工工藝

總體按照注漿工藝流程圖進行：首先按照設計的鉆孔位置、參數(shù)和規(guī)定的施工順序進行鉆孔并檢測鉆孔質(zhì)量，然后安裝注漿管及封孔部件，在確保管路通暢、設備正常的情況下，配制漿液，開泵注漿，完成注漿工作，最后清洗注漿設備、管路附件系統(tǒng)。注漿工藝流程如圖5所示。

5 ?注漿加固效果

①開采期間。在開采的擾動下，停采線區(qū)域巷道頂板沉降量變化雖有起伏，但保持在較小的范圍之內(nèi)，巷道兩幫未有底鼓現(xiàn)象發(fā)生，噴射的混凝土完整度良好，未出現(xiàn)明顯的裂縫或是脫落。

②開采結(jié)束后。在開采結(jié)束后，停采線區(qū)域巷道頂板沉降量呈現(xiàn)逐漸減少的趨勢，最終維持在一個較小的沉降量值。巷道兩幫水平側(cè)移量極小，噴射的混凝土未出現(xiàn)破裂現(xiàn)象，經(jīng)過觀察能夠維持一個長期穩(wěn)定的狀態(tài)。

6 ?結(jié)語

根據(jù)急傾斜煤體綜放工作面停采線輔運巷的破壞情況，基于原支護的基礎上，制定了全斷面注漿加固技術方案，從改善圍巖整體性及形成復合錨固結(jié)構(gòu)兩個方面對輔運巷進行加固，圍巖的破壞機制及裂隙附近的巖體的應力狀態(tài)得到轉(zhuǎn)變，加固后的煤巖體形成結(jié)構(gòu)效應，將原支護體中的錨桿轉(zhuǎn)化為全長錨固，從而保證了錨桿的錨固力和錨固的可靠性，實現(xiàn)對巷道圍巖的有效控制，形成有效復合錨固結(jié)構(gòu)。解決了急傾斜煤體巷道圍巖破碎程度高、難支護的問題，積累了有益經(jīng)驗。

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