多次動壓影響巷道的圍巖控制方法

牛晉云

（晉煤集團成莊礦生產技術部，山西 晉城 048021）

煤礦地質條件復雜，瓦斯含量大，采掘銜接緊張，一條巷道服務兩個工作面的情況已比較常見。巷道受兩個工作面回采的動壓影響，圍巖裂隙發育，整體性降低，圍巖變形大，導致巷道極易變形失穩，特別是服務于大采高工作面多次動壓影響的巷道，由于其強動壓影響，巷道維護十分困難，對于地質條件復雜情況下的多次動壓巷道維護難度更大，這也是目前我國煤礦面臨的主要巷道支護難題[1-3]。

1 工程概況

成莊礦主采3#煤層，煤體強度10.05～21.20MPa左右。基本頂以中砂巖為主，平均厚度4.8m，單軸抗壓強度79.9～91.2MPa；直接頂以砂質泥巖為主，平均厚度2.89m，單軸抗壓強度35.9～65.8MPa；直接底和基本底均是砂質泥巖。5308工作面位于五盤區，工作面走向長度2748m，傾向長度為221m（工作面布置圖如圖1所示）。工作面平均埋深450m，煤層平均厚度6.07m，傾角2～8°，平均5°。工作面采用兩進一回方式，53082巷為5308工作面回風巷，也是5306工作面進風巷，將受兩個工作面回采動壓影響。巷道設計斷面尺寸為4520×3200mm，采用錨網索支護，受一次回采動壓影響后，局部變形嚴重處巷道寬度小于4300mm，巷道高度小于2800mm。

圖1 工作面巷道布置示意圖

2 圍巖變形原因分析

成莊礦5306和5308工作面均為大采高工作面，平均開采高度約6m。5306大采高工作面開采后形成采空區高度大，基本頂會產生劇烈的回轉變形，給工作面前方及兩側煤體造成較大的影響。工作面側向支承壓力影響范圍相比普通綜采工作面范圍更大，應力集中系數更高，圍巖破碎范圍增大，工作面動壓影響強烈，使得53082巷道圍巖裂隙發育，圍巖變形大。加之5308工作面開采強動壓影響，使得原本已經處于屈服狀態的煤巖體再次經受強動壓影響，煤巖體進一步破壞，喪失殘余支撐強度，從而導致巷道失穩破壞。因此，對于多次動壓影響巷道，在進行巷道錨桿索補強支護的基礎上，需進行注漿加固。結合巖石應力應變曲線和多次動壓影響巷道圍巖應力演變特點，需采取注漿加固，提高巷道圍巖整體性，從而提高圍巖持續承載的能力。

3 巷道圍巖加固

3.1 錨桿索補強

由于巷道變形較大，需對巷道進行起底，起底后巷高不小于4800mm。為保持巷道穩定，需對巷道進行補強加固，頂板采用Φ22×7400mm高強錨索進行補強，每排3根，間排距為1700×2000mm，預緊力250kN。起底后巷幫下部打設2根錨桿，支護參數與原支護保持一致，并采用Φ22×4300mm高強錨索對巷幫進行補強，補強后錨桿為3-2-3形式，間排距為1400×1000mm，預緊力150kN。錨索采用加長錨固，1根快速錨固劑，2根中速錨固劑。

3.2 注漿加固方案

（1）圍巖結構調查。為了了解掌握巷道圍巖破壞情況，分析圍巖變形原因，確定巷道加固方案，對53082巷圍巖內部進行了鉆孔窺視，調查巷道圍巖破壞的深度和裂隙發育的程度。現場共布置測站四組，每組布置三個鉆孔，兩幫各一個，頂板一個，鉆孔深度10m。綜合各組鉆孔窺視情況可知，53082巷圍巖整體破損嚴重，深部巖層較完整，淺部裂隙較為發育。在巷道圍巖變形嚴重的區域，頂板上方1.5m處巖層裂隙明顯；在巷幫及頂板1.5～4.5m深度范圍，巷幫及頂板圍巖較破碎；在巷道圍巖4.0～8.0m深度范圍，巖層出現局部裂隙，巷道圍巖極其破碎，且在6.0m深度圍巖破損情況較為嚴重。

（2）注漿加固方案。為保證巷道注漿加固效果，防止漿液從原支護的錨桿、錨索孔中和圍巖表面裂隙中漏出，采用層次注漿方案。首先采用淺孔注漿對錨桿、錨索孔中的孔隙和圍巖變形產生的裂隙進行封堵，之后再采用深孔進行深部圍巖加固。

①鉆孔布置

淺孔注漿孔布置：巷道頂板及巷幫淺部注漿鉆孔深度均為2.0m，布置形式均為4-3-4布置，且頂板與兩幫鉆孔交錯布置，即頂板布置3個注漿鉆孔時，兩幫各布置4個鉆孔；頂板淺部注漿鉆孔間排距為1200×2000mm，巷幫淺部注漿鉆孔間排距為1500×2000mm；控制好注漿鉆孔與錨桿、錨索的間距。如圖2所示。

圖2 淺部注漿鉆孔布置圖

深孔注漿孔布置：在巷道圍巖變形輕微區，僅對巷道兩幫進行注漿加固，深部注漿鉆孔深度為6.0m，布置形式及間排距與淺部鉆孔保持一致。在巷道圍巖變形嚴重區域，對巷道頂板及兩幫均進行注漿加固，巷幫注漿鉆孔深度為8.0m，頂板鉆孔深度為6.0m，鉆孔布置形式及參數均與淺部注漿鉆孔保持一致。

②注漿材料及管路

采用525#普通硅酸鹽水泥配合XPM添加劑制備素水泥漿，在進行注漿堵漏時，要用水泥-水玻璃雙液漿的成分進行施工。A1216鋁塑管作為注漿管，同時準備橡膠材質的止漿塞和鋼管。

③注漿方式及壓力

采用孔內下射漿管的全長一次注漿方式，淺孔注漿壓力為2MPa，深孔注漿壓力不小于6MPa。

④注漿加固時機

淺部注漿鉆孔在打鉆施工完成后即可進行注漿，封堵淺部裂隙；深部鉆孔注漿加固需結合巖石應力應變曲線和多次動壓影響巷道圍巖應力演變特點，根據巷道圍巖裂隙發育情況，在5308工作面回采達到鉆孔附近時方可進行注漿，注漿鉆孔超前工作面距離不大于15m。

4 效果檢驗

采用“十字”測點法，對53082巷圍巖變形情況進行觀測分析，從而對巷道加固效果進行考察。對多組巷道圍巖變形情況進行匯總分析后，得到巷道圍巖頂底及兩幫變形如圖3所示。

圖3 巷道圍巖變形量

由圖3可見，巷道采用錨桿索補強加固及巷道圍巖注漿加固的綜合技術措施后，取得良好的控制效果，巷道兩幫最大移近量為376mm，頂底板最大移近量為502mm。

5 結語

結合成莊礦53082巷情況，通過分析厚煤層大采高工作面多次動壓影響巷道圍巖受力情況和圍巖變形特點，提出了多次動壓巷道圍巖加固方案。采用錨桿索補強加固，并配合淺部裂隙封堵和深部圍巖加固的層次注漿加固技術，對多次動壓巷道進行井下加固，巷道圍巖變形控制效果較好，能夠滿足工作面安全生產使用要求。