趙莊煤業(yè)復(fù)用巷道變形規(guī)律及注漿加固技術(shù)

徐 澤

（晉城煤業(yè)集團(tuán)趙莊煤業(yè)，山西 晉城 048000）

趙莊煤業(yè)大采高工作面回采巷道采用多巷布置，部分巷道保留下來為下一工作面復(fù)用。復(fù)用巷道使用周期約2～3 年，需經(jīng)歷本工作面劇烈采動(dòng)、下一工作面開采時(shí)一側(cè)采動(dòng)和另一側(cè)采空區(qū)疊加應(yīng)力影響三個(gè)階段[1-2]，礦壓顯現(xiàn)呈現(xiàn)明顯的“劇烈性”和“滯后性”。當(dāng)煤質(zhì)變軟、遇地質(zhì)構(gòu)造時(shí)，維護(hù)更加困難，復(fù)用巷道變形破壞嚴(yán)重，反復(fù)維修，影響正常生產(chǎn)和采掘銜接[3-4]。因此必須對(duì)復(fù)用巷道進(jìn)行治理，減小變形量，使巷道斷面滿足二次使用的要求。針對(duì)趙莊煤業(yè)13092 復(fù)用巷道，在研究變形規(guī)律的基礎(chǔ)上，進(jìn)行錨注加固試驗(yàn)，以期為復(fù)用巷道圍巖變形控制提供參考。

1 工程背景

趙莊煤業(yè)13092 巷為1309 工作面回風(fēng)順槽，全長(zhǎng)約2860m，為1309 和1310 兩個(gè)工作面服務(wù)。目前1309 工作面正在回采當(dāng)中，1310 工作面尚未回采，保護(hù)煤柱寬度60m。巷道與工作面位置關(guān)系見圖1。

圖1 13092 巷與工作面位置關(guān)系圖

13092 巷為矩形斷面，凈寬5m，凈高4.5m。頂板每排5 根錨索，間距1.1m，排距0.6m，錨索長(zhǎng)度8.4m；兩幫每排5 根錨桿，間距0.95m，排距1.2m，錨桿長(zhǎng)度2.4m；幫錨索每排2 根，間距2m，排距2.4m，幫錨索長(zhǎng)度5.4m。

2 復(fù)用巷道變形規(guī)律

頂板采用全錨索支護(hù)，頂板下沉量在150mm以內(nèi)，此次觀測(cè)主要針對(duì)巷道兩幫。在13092 復(fù)用巷道，切眼前方400m 位置起，向外布置5 組表面位移測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)間隔50m，分別在回采進(jìn)度400m、450m、500m、550m、600m 位置，觀測(cè)范圍為工作面前方50m 至工作面后方1200m，每7d觀測(cè)一次，統(tǒng)計(jì)兩幫變形量，分析變形速度。兩幫變形量、變形速度與工作面位置關(guān)系分別見圖2（a）、圖2（b）所示。

圖2 兩幫變形曲線圖

由圖2（a）可以看出，兩幫累計(jì)移近量1203.5mm，煤柱一側(cè)變形量約900～1000mm，超過兩幫總變形量的75%。

由圖2（b）可以看出，兩幫變形速度具有明顯的分區(qū)特征：

（1）初始影響區(qū)（50m～ -200m），兩幫移近量不足150mm，變形速度平均約4mm/d；

（2）劇烈影響區(qū)（-200m～ -600m），兩幫劇烈變形，移近量約679mm，變形速度平均約12.1mm/d，在-350m ～-450m 達(dá)到峰值，平均15.3mm/d；

（3）穩(wěn)定區(qū)（-600m～ ），兩幫變形速度逐漸下降，變形量388.5mm，變形速度平均約4.6mm/d。

劇烈影響區(qū)和穩(wěn)定區(qū)變形量占兩幫總變形量的89.2%。

3 二次錨注加固機(jī)理及方案設(shè)計(jì)

3.1 二次錨注加固機(jī)理

分析13092 巷變形規(guī)律發(fā)現(xiàn)，兩幫總變形量的89.2%集中在劇烈變形區(qū)和穩(wěn)定區(qū)。劇烈變形區(qū)產(chǎn)生大變形的根本原因是一次支護(hù)強(qiáng)度不足，而穩(wěn)定區(qū)變形量較大的主要原因是圍巖破壞深度增大，一次支護(hù)錨桿索失效，圍巖喪失大部分承載能力，即使穩(wěn)定區(qū)頂板壓力降低，圍巖也無法有效承載，始終維持在相對(duì)較高的變形速度。因此，二次錨注加固的根本應(yīng)在于提高一次支護(hù)強(qiáng)度。由于錨索錨固力不足，錨注必須在初始影響區(qū)之前進(jìn)行，減小劇烈影響區(qū)巷道變形量和破壞深度，在穩(wěn)定區(qū)及時(shí)進(jìn)行二次注漿，提高殘余承載能力，使圍巖進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。

3.2 一次超前錨注加固方案

13092 巷錨固力不足，采取先注漿、后錨索補(bǔ)強(qiáng)的方式進(jìn)行加固。

（1）鉆孔布置

采用4m、8.5m 兩個(gè)孔深交替布置，4m 孔用于封堵淺部錨桿孔等裂隙，8.5m 孔用于加固錨索錨固段范圍，均垂直于煤幫。如圖3 所示。

注漿材料選用晉煤集團(tuán)技術(shù)研究院研發(fā)的聯(lián)邦加固1 號(hào)（雙液）材料，使用水灰比0.8:1，材料1～3min 失 去 流 動(dòng) 性，5～10min 終 凝，2h 強(qiáng) 度10MPa 以上，1d 強(qiáng)度16MPa 以上。

圖3 一次注漿鉆孔布置示意圖

（2）煤柱一側(cè)幫錨索補(bǔ)強(qiáng)

工作面一側(cè)考慮采煤機(jī)割煤影響，不進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，只在煤柱一側(cè)進(jìn)行幫錨索補(bǔ)強(qiáng)。布置方式：① 在原兩排錨索正中補(bǔ)打一排錨索，補(bǔ)打錨索每排3 根，新補(bǔ)打的一排錨索之間使用1 根鋼筋托梁連接在一起。② 在原錨索兩根之間正中位置再補(bǔ)打1 根錨索，最終形成“三三三三三”錨索布置形式，補(bǔ)強(qiáng)錨索長(zhǎng)度8.4m。如圖4 所示。

實(shí)施順序：超前工作面50m 進(jìn)行，先進(jìn)行注漿，再進(jìn)行錨索補(bǔ)強(qiáng)，錨固力仍不足時(shí)配合注漿加長(zhǎng)錨固法提高錨固力。

3.3 穩(wěn)定區(qū)二次注漿方案

在穩(wěn)定區(qū)進(jìn)行，采用12m 一個(gè)孔深進(jìn)行加固，鉆孔上、下排，矩形布置。下排孔開孔高度距離底板2m，仰角0°，上排孔開孔高度距離底板3m，仰角5°，孔深12m，孔徑42mm。

注漿材料選用晉煤集團(tuán)技術(shù)研究院研發(fā)的聯(lián)邦加固（單液）超細(xì)注漿材料。材料20～30min 失去流動(dòng)性，可以保證較深鉆孔下漿液在裂隙中充分?jǐn)U散，60～80min 初 凝，360min～480min 終 凝，1d 強(qiáng)度16MPa 以上，3d 強(qiáng)度25MPa 以上，加固后能夠顯著提高圍巖強(qiáng)度。

二次注漿在工作面后方600m 以外進(jìn)行。

圖4 幫錨索補(bǔ)強(qiáng)示意圖

4 巷道變形效果考察

（1）注漿加固區(qū)域與未注漿加固區(qū)域相比，呈現(xiàn)相似的規(guī)律，也分為初始影響區(qū)（50m～ -200m）、劇烈影響區(qū)（-200m～ -600m）和穩(wěn)定區(qū)（-600m～）。

（2）注漿區(qū)域巷道兩幫最終變形量598mm。其中初始影響區(qū)變形量122mm，占比20%；劇烈影響區(qū)變形量441mm，占比74%，最大變形速度12mm/d；穩(wěn)定區(qū)變形量35mm，占比6%。如圖5所示。

（3）與未錨注區(qū)域相比，兩幫總變形量減小50%。其中，初始影響區(qū)減小2%，劇烈影響區(qū)變形量減小20%，穩(wěn)定區(qū)減小28%。可以看出，一次錨注加固顯著減小了劇烈影響區(qū)內(nèi)圍巖變形，并對(duì)穩(wěn)定區(qū)圍巖變形起到了控制作用，穩(wěn)定區(qū)二次注漿后，變形速度快速減小，圍巖快速進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。

圖5 注漿后兩幫變形曲線圖

5 結(jié)論

（1）大采高工作面復(fù)用巷道變形規(guī)律具有明顯的滯后性和劇烈性，根據(jù)變形速度大小，依次可以劃分為初始影響區(qū)（50m～ -200m）、劇烈影響區(qū)（-200m～ -600m）、穩(wěn)定區(qū)（-600 ～）。劇烈影響區(qū)和穩(wěn)定區(qū)變形量占兩幫總變形量的89.2%。

（2）提出二次錨注加固方案。一次錨注加固在初始影響區(qū)之外進(jìn)行，目的是提高一次支護(hù)強(qiáng)度，減小劇烈影響區(qū)圍巖破壞深度；二次注漿加固在穩(wěn)定區(qū)進(jìn)行，目的是提高殘余承載能力，使圍巖進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。

（3）采用二次錨注加固方案后，兩幫最終變形量598mm。與未錨注方式相比，兩幫總變形量減小50%，其中，劇烈影響區(qū)和穩(wěn)定區(qū)減小48%。