深井軟巖巷道圍巖加固技術研究及應用

侯君朝

（山西蘭花科創玉溪煤礦有限責任公司，山西 晉城 048214）

1 工程概況

玉溪煤礦進風立井馬頭門底板標高+320m，距離地表垂直距離600m，巷道長26m，工作面以泥巖為主，是連接進風立井和井底車場之間的巷道。巷道施工完成后出現變形破壞的現象，隨著時間推移，變形量持續增大，局部幫頂大塊混凝土掉落，嚴重影響玉溪煤礦正常運輸及行人安全。

因此，通過對玉溪煤礦馬頭門加固技術進行研究，制定科學合理的加固支護技術，解決巷道一次支護后圍巖變形控制難題，對玉溪煤礦持續安全高效生產具有巨大的現實意義。

2 巷道反復變形的原因分析

結合現場巷道支護現狀、圍巖變形破壞調查和窺視情況綜合分析，造成馬頭門失修主要因素有：

1）進風井馬頭門底板標高+320，距離地表垂直深度達600m，埋層深、應力大；馬頭門最大斷面達36.6m2，且位于井筒與井底車場交接處，巷道周圍50m范圍布置有進風井北車場、回風井北車場、西線聯絡巷、車場聯絡巷等巷道，應力集中。

2）馬頭門圍巖以泥巖為主，遇水易膨脹，穩定性差；四鄰巷道采用鉆爆法施工，受爆破擾動影響，巷道裂隙發育。

3）馬頭門鋼筋混凝土支護方式為剛性支護，圍巖稍有變形很容易造成混凝土開裂，進一步發展就會產生脫落，削弱支護效果；馬頭門施工后未及時進行鋪底，為地應力釋放提供缺口，加劇圍巖破壞。

在這些因素綜合影響下，巷道圍巖持續變形，裂隙由淺入深不斷擴展，原有支護承載結構的承載能力持續降低，最終導致巷道支護失效，巷道失穩破壞。

3 圍巖加固方案的確定

3.1 設計原則

巷道典型特征是埋層深、地應力大、圍巖軟、裂隙發育，單一的加固方法不能有效控制此類破碎圍巖的長期蠕動及進一步破壞，對此類巷道加固工程應在恢復圍巖內部結構完整性基礎上，加強對巷道圍巖的整體支護，幫頂及底板加固同時進行。

3.2 圍巖加固方案

根據巷道窺視情況，馬頭門圍巖破壞深度達6m，圍巖破壞由淺入深，其中3m范圍內裂隙較大，3m至6m之間裂隙剛形成，細小且不連續。綜合考慮原有支護方式、圍巖變形機理及裂隙發育情況，確定采用全斷面雙液注漿配合反底拱澆筑綜合加固方案。

3.3 加固原理

水泥漿強度高、耐久性好，但顆粒度大，難以注入巖層的細小裂隙或孔隙中，適用于強度高、裂隙大的破壞體加固，巷道淺部采用水泥注漿；高強度化學漿液可注性好，能注入土層中的細小裂隙或孔隙，但價格較貴，適用于裂隙細小的破壞體加固，巷道深部采用高強度化學漿。通過注漿充填，原有鋼筋混凝土得到修復，巷道圍巖重新整合為一體，充分調動了鋼筋混凝土支護及深部圍巖承載能力，保證圍巖裂隙不再次張開。

反底拱施工支護強度大，并與鋼筋混凝土連成一體，從而形成一高強度的環形支護體，保證了巷道支護的完整性及連續性。

4 加固工藝及技術參數

施工順序：幫頂水泥注漿—幫頂化學注漿—起底—底板水泥注漿—底板化學注漿—反底拱支設及澆筑。

4.1 水泥注漿

1）采用525#普通硅酸鹽水泥配合XPM添加劑制備水泥漿，水灰比1：1，XPM添加劑為水泥重量的8%～10%。水泥注漿孔矩形布置，排距1800mm，間距1600mm，深度3m，采用Φ56mm的鉆頭打孔，孔口埋注漿管，孔內下2m的射漿管，孔口注漿管與孔內射漿管相連，注漿壓力2～3MPa，使用棉紗加水泥固定孔口注漿管并封孔，鉆孔布置如圖1。

圖1 進風井馬頭門水泥注漿孔布置

2）水泥注漿要求。①圍巖注漿，孔內下射漿管。射漿管壁每200～500mm對開一組φ8～φ10mm射漿口,射漿管與孔口管連接牢固，保證漿液沿鉆孔全長注入周圍巖體。②孔口管必須埋設牢固，埋設長度不小于400mm，不得在注漿過程中松動或漏漿。孔口管松動或漏漿造成注漿失敗的必須補打注漿孔。③水泥漿必須添加XPM水泥注漿添加劑，嚴格控制漿液水灰比，減少水化反應以外的多于水量。④每孔注漿作業應連續進行，中途不宜中斷.盡量避免因機械故障、停電、停水、器材故障等問題造成的注漿中斷。因大范圍漏漿或漿液消耗量過大而中斷注漿時，在施工日志中準確記錄，并確保周邊鉆孔的注漿質量，必要時應補打注漿孔。⑤打鉆、注漿過程中及時處理漏漿點，采用人工糊縫處理漏漿點，并壓注單液水泥漿。⑥注漿過程發生相鄰鉆孔串漿時，必須對串漿的鉆孔進行交替注漿或分開管路同時注漿，禁止利用一個鉆孔對兩個或更多串漿鉆孔同時灌注，分別記錄連通鉆孔注漿情況。⑦注漿過程系統運行必須可靠，隨時檢查壓力表是否正常，發生故障及時更換，禁止在壓力表故障狀態下進行注漿施工。根據注漿壓力控制注漿速度 10～25L/min。

4.2 化學注漿

1）水泥注漿完成后5天開始化學注漿，選用滲透力強、固結強度高的高強度阻燃化學漿，抗壓強度大于45MPa，剪切強度大于20MPa，抗拉強度大于10MPa。化學注漿孔矩形布置，排距3600mm，間距3200mm，深度7m，采用Φ56mm的鉆頭打孔，采用孔內下注漿賽注漿，注漿賽下設深度6m，注漿壓力5～8MPa，鉆孔布置如圖2。

2）化學注漿要求。①化學漿制備：將化學漿的兩個組份分別倒入2個配料桶內，注漿泵吸液管分別插入兩個料桶內，連接系統注漿。雙組分化學漿混合后，在較短時間內將凝結成強度較高的固結體。加固施工過程中，必須標記并固定使用配料桶、吸液缸及注漿管路，嚴禁混用，防止毀壞設備及注漿系統。②孔口管通過拆卸接頭與封孔器連接牢固，鉆孔注漿結束時必須右旋拆下孔口管，封孔器自動封閉孔內漿液，阻止孔內材料外溢。③每班注漿結束使用專用清洗液清洗設備及管路系統，工程結束后設備運至地面拆卸清洗。施工過程中可復用的槍體、孔口管及拆卸接頭等發生堵塞后升井清理。④化學漿固化過程放熱，鉆孔漏漿時必須停止注漿，采取適當措施堵漏，用浮渣覆蓋漏漿集中地點，禁止漏漿材料聚集。⑤使用的化學漿粘度低，滲透能力強，漏漿導致壓力不足時，控制單孔注漿量，每孔漿液消耗量：單孔注漿量達到500kg時，結束注漿。

施工過程中先進行幫頂注漿，幫頂注漿完成后再進行起底及底板注漿加固。起底時將該段施工成鍋底狀，最深部位離軌面線不小于1500mm，采用人工配合手、風鎬的方式由里向外進行起底。

4.3 反底拱支設及澆筑

注漿后5天進行反底拱施工，反底拱采用U36型支架，兩端焊接300mm×300mm×15mm的鋼板，排距800mm。反底拱支架下鋪設 Φ6.5mm×1040mm×2540mm金屬網，網格100mm×100mm，搭接長度100mm，并用雙股用14#鐵絲捆扎，每隔100mm捆扎一道，擰結不少于3圈。反底拱與底板之間部位采用混凝土充填，強度C30，最深部距離底板1500mm，在混凝土中加入防水劑。如圖2所示。

圖2 進風井馬頭門化學注漿孔及反底拱施工

5 加固效果

進風井馬頭門巷道加固完成后，通過5個多月的觀察巷道兩幫及頂底板變形比較小，巷道兩幫變形量控制在25mm以內，頂底板變形量控制在30mm以內，未出現離層、鼓包及混凝土脫落等破壞現象。巷道變形量日趨減小，觀測數據顯示加固后3月至5月之間兩幫變形量為2mm，頂底板變形量為3mm，支護穩定。

圖3 進風井馬頭門變形曲線

6 結論

進風井馬頭門采用全斷面雙液注漿配合反底拱澆筑的加固方式，深淺孔雙液注漿充分考慮圍巖裂隙及經濟效益，既節約了施工成本，又取得最佳的加固效果；注漿加固加強了圍巖及原有鋼筋混凝土的支護強度，充分調動了鋼筋混凝土及深部圍巖承載能力；反底拱混凝土澆筑使整個支護形成一個封閉的環形支護體，較大程度提高圍巖承載能力。通過加固很好的解決了巷道穩定性控制問題，圍巖變形量控制在30mm以內，取得了良好的加固效果和經濟效益,為同類深井軟巖巷道圍巖加固提供了借鑒經驗。