巷道過斷層破碎帶圍巖加固技術

暢 征

(大同煤礦集團 同家梁礦，山西 大同 037100)

1 工程背景

某礦新水平開拓項目主運輸大巷設計長度為2 006 m，斷面為3.8 m×3.5 m，該巷從2018年10月正式開始掘進，先后遇見兩條落差大于20 m的斷層。2019年9月在掘進至1 520 m處，圍巖受斷層帶影響造成煤層粉碎，片幫嚴重，經(jīng)過現(xiàn)場論證，采用11號工字鋼棚配錨索聯(lián)合加強支護。采取該方式掘至1 584.3 m處揭露斷層(該斷層產(chǎn)狀：70°∠78°，落差近28 m)并進入斷層破碎帶，斷層帶內(nèi)充填受擠壓淺灰色中砂巖和煤泥。掘進至1 606.9 m處斷層破碎帶仍未穿過，巷道冒落(冒落長度6 m，最高處有8 m)、片幫嚴重，而且在已施工巷道1 559～1 606.9 m段受來壓造成11號工字鋼棚變形嚴重。從現(xiàn)場施工情形看，現(xiàn)有支護方式已不能滿足實際安全施工要求，該大巷作為主運輸巷道，服務年限較長，為保證目前安全施工和今后的運行、維護，現(xiàn)急需采取措施，對該巷道過斷層破碎帶支護進行探索、研究，確保巷道安全施工[1-2]。

2 治理方案

2.1 架棚充填

經(jīng)過調(diào)研及現(xiàn)場論證，決定從1 559 m處至1 606.9 m開始在原有的工字鋼鋼棚兩腿之間套入U29鋼棚，棚距中對中608 mm，上雙層鋼筋網(wǎng)，對冒頂區(qū)用防腐方木充填背實。套棚完成后，向前掘進時先對頂板破碎段提前注入瑪麗散固化頂幫，根據(jù)現(xiàn)場圍巖情況選擇風鎬或爆破作業(yè)，超前管棚作為臨時支護，600 mm為一個施工循環(huán)，架設29號U型鋼棚，直至進入穩(wěn)定圍巖后方可變?yōu)樵O計支護。

2.2 壁后注漿

當巷道迎頭進入穩(wěn)定圍巖后，對所有架棚段進行壁后錨注漿工作，加固松散破碎圍巖，保證巷道長期穩(wěn)定服務。

1) 自制注漿管。采用直徑為20 mm無縫鋼管制作，設計管長2.4 m，在注漿入口端扯50 mm長的螺紋，封孔設計長度為1.2 m，在1.2 m以里每隔200 mm打1個直徑6 mm的注漿孔。見圖1。

圖1 注漿管加工設計(mm)

2) 注漿前初噴漿。注漿前初噴漿可以有效封閉巖面，避免注入深部的漿液通過圍巖裂隙向外流出，確保注漿效果，具體操作為：在注漿前向頂板及兩幫噴射厚度為5 cm的混凝土，做為止?jié){層。

3) 合理選擇材料及設備。為了確保注漿效率和注漿效果，選擇了2ZBQ-11.5/3氣動注漿泵。對于漿液的選擇有如下要求：漿液凝固最終強度高，具有較好的漿液流動性、穩(wěn)定性、無毒性，材料成本低。所以最終確定采用普通硅酸鹽水泥+添加劑做為注漿材料，普通硅酸鹽水泥選擇類型為525號，添加劑與水泥的比例為4∶100～6∶100，漿液水灰比為0.8∶1～1∶1，漿液配合比如表1所示。

表1 水泥添加劑單液漿配制

4) 優(yōu)化注漿孔布置。考慮到巷道在穿過斷層破碎帶區(qū)域的圍巖不穩(wěn)固，在此應該布置和施工較密集的注漿孔，減小間排距，并結(jié)合漿液的擴散半徑，最終確定注漿管間排距為1500mm×1500mm。

5) 優(yōu)化注漿參數(shù)。①注漿壓力：注漿壓力對加固質(zhì)量和效果起著至關重要的作用，做為動力源為漿液在圍巖中擴散提供動能，根據(jù)以往的注漿經(jīng)驗，當注漿壓力<4 MPa時，隨著注漿壓力的不斷增加，錨桿承載力增大，當注漿壓力>4 MPa時，錨桿承載力不再增加，最終確定經(jīng)濟合理的注漿壓力為2～3.0 MPa。②注漿量：注漿量是最主要的注漿參數(shù)，決定著漿液的擴散半徑從而影響圍巖加固效果，結(jié)合現(xiàn)場圍巖狀況，本著節(jié)省注漿材料與注漿時間的原則，通過理論分析和現(xiàn)場試驗，最終確定注漿量為30～50 kg漿液/孔。③注漿時間：為了防止在圍巖裂隙和孔隙發(fā)育的巷道內(nèi)注漿泄漏，注漿時在控制注漿壓力和注漿量的同時，還要控制注漿時間，注漿時間不宜過長。為了提高注漿效果，必須在提高注漿壓力的同時適當延長注漿時間，需根據(jù)實際情況，靈活掌握注漿壓力和注漿時間，最終確定注漿時間為10～20 min。

3 現(xiàn)場應用情況

在主運輸大巷1 559～1 606.9 m區(qū)間對原有的工字鋼鋼棚兩腿之間額外增加套入U29鋼棚，掘進至1 630 m處，進入穩(wěn)定巖層，開始對架棚巷道進行注漿，注漿后通過觀測，圍巖基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，對頂板及幫部進行觀測基本沒有發(fā)生變化，該巷道于2020年1月中旬掘進到位。

4 結(jié) 語

通過采取架棚及注漿支護技術，有效控制主運輸巷道斷層破碎帶幫部及頂板圍巖，該支護技術在滿足技術要求的前提下，取得了較好的應用效果，既保證了巷道加固后的穩(wěn)定性，使巷道的變形量確保在設計允許范圍內(nèi)，又改善了圍巖的物理力學性能，提高了支護結(jié)構的承載能力。該方法還有安全性高、成本低、施工速度快、勞動強度小等特點，具有廣泛的推廣應用價值。