玉溪煤礦進風井東部車場巷道注漿加固技術研究與應用

李俊標

（山西蘭花科創(chuàng)玉溪煤礦有限責任公司，山西 晉城 048200）

1 工程概況

山西蘭花科創(chuàng)玉溪煤礦進風井東部車場沿3#煤層底板布置，3#煤層厚度4.62m～7.00m，平均5.71m，結構簡單，節(jié)理裂隙發(fā)育。煤層直接頂為砂質泥巖，均厚4.66m；基本頂為中粒砂巖，均厚3.93m；直接底和老底均為砂質泥巖。巷道斷面為直墻半圓拱形，掘進高度為4.65m，掘進寬度為5.7m，原有支護采用錨網索噴聯(lián)合支護，錨桿采用Φ22mm×2400mm的左旋無縱筋螺紋鋼，間排距800×800mm；錨索采用Φ21.8mm×7300mm的高強度低松弛預應力鋼絞線，排距1.8m；噴射混凝土強度等級為C20，金屬網采用φ6鋼筋加工而成，網孔規(guī)格為150×150mm。

巷道掘進支護成型后1～6個月，巷道圍巖變形嚴重，其中頂板最大下沉量為420mm，兩幫最大收斂量為660mm，且存在著噴層大范圍開裂，錨桿索破斷的現(xiàn)象，礦方為了解圍巖的破壞深度及裂隙發(fā)育程度，通過鉆孔窺視進行圍巖結構的觀測，巷道圍巖7.0m以內巖體均有大量縱橫交錯的裂隙發(fā)育，現(xiàn)擬采用注漿加固的方式控制圍巖變形。

2 注漿加固機理

松軟破碎圍巖內進行注漿加固時，漿液在注漿壓力的作用下進入到圍巖內部裂隙中，并且隨著漿液的凝固會對破碎圍巖體形成膠結，使圍巖形成一個完整、連續(xù)的承載體。另一方面，當注入破碎圍巖內的漿液具有一定強度時，能夠阻止圍巖在高應力作用下產生原有裂隙的發(fā)育擴展[1-3]。

現(xiàn)為充分分析注漿對破碎圍巖體的加固效果，依據(jù)進風井東部車場巷道的具體地質條件，采用UDEC數(shù)值模擬軟件，建立長×高=200×81.1m的數(shù)值模擬模型，各巖層力學參數(shù)根據(jù)地質條件賦值，數(shù)值模擬中注漿材料參數(shù)根據(jù)水泥漿水灰比為0.6:1時測定的力學參數(shù)賦值，設置漿液的密度為1800kg，漿液的粘度為134 mPa·s[4-6]。通過數(shù)值模擬具體分析在單純采用錨索支護時和注漿后采用錨索支護時圍巖應力及塑性區(qū)的發(fā)育規(guī)律，以此得出注漿加固對圍巖應力及塑性區(qū)的影響規(guī)律。

2.1 注漿對圍巖應力的影響

根據(jù)數(shù)值模擬結果，能夠得出注漿加固前后錨索支護下圍巖垂直壓力的分布，得出注漿加固前后采用錨索支護圍巖垂直壓力與至圍巖表面距離的關系曲線，如圖1所示。

圖1 不同加固方式下巷道圍巖垂直應力分布

從圖1可以看出，注漿加固后的錨索支護，巷道淺部圍巖的應力狀態(tài)得到了有效的改善，應力得到了有效的提升，這能夠表明注漿加固提升可淺部圍巖的承載能力，增強其完整性。通過對比注漿前后錨索支護下圍巖垂直應力分布，還能夠看出注漿后，巷道圍巖內部的高應力區(qū)域出現(xiàn)明顯的降低，圍巖內部的應力逐漸向淺部注漿后形成的承載殼體轉移，有效防止了巷道深部圍巖體的進一步破碎。

基于上述分析可知，破碎圍巖體在注漿加固后，淺部圍巖的結構得到有效改善，深部圍巖的應力逐漸向淺部轉移，增強了圍巖的整體承載能力。

2.2 注漿對圍巖塑性區(qū)的影響

根據(jù)數(shù)值模擬結果，能夠得出在注漿加固前后采用錨索支護時圍巖塑性區(qū)的發(fā)育規(guī)律，如圖2所示。

圖2 不同加固方式下圍巖塑性區(qū)分布

比較圖 2（a）、（b）可以看出，采用單純錨索支護方式，巷道兩幫和底板塑性區(qū)范圍仍較大，頂板相對較小，左幫和右?guī)退苄缘陌l(fā)育深度分別為2.4m，頂板及底板的塑性區(qū)發(fā)育深度分別為2.4m和3.2m；當破碎圍巖注漿完成后打設錨索時，巷道兩幫的塑性區(qū)均降低為1.2m，降幅達到50%，頂板的塑性區(qū)發(fā)育深度降低為1.6m，降幅達到33.3%，底板塑性區(qū)發(fā)育深度降低為2.4m，降幅達25%；且破碎圍巖體在注漿加固后，圍巖內未出現(xiàn)張拉破壞區(qū)域，這即表明注漿加固有效改善了圍巖塑性區(qū)的發(fā)育范圍。

3 注漿加固及支護

3.1 注漿方案

基于巷道圍巖內部結構的窺視結果，為防止裂隙的進一步擴展發(fā)育，確定本次注漿采用深淺孔相結合的注漿方式，當注漿結束后進行全長預緊力錨索的安設。具體注漿及支護方案如下：

3.1.1 圍巖淺孔注漿

1）注漿孔布置：注漿鉆孔主要布置在巷道頂板及兩幫，相鄰兩排注漿鉆孔三花眼布置。注漿孔間距×排距=1600×2000mm，具體如圖3所示。

2）注漿孔參數(shù)：鉆孔參數(shù)為φ56mm×3000mm，底角鉆孔向下傾斜15°布置，其余鉆孔均垂直巷道表面布置。

3）注漿材料：水泥漿、水泥水玻璃雙液漿，水泥采用525#普通硅酸鹽水泥，水玻璃濃度48～55Be'，（水 + 水泥）：水玻璃 =（0.375+0.625）：1。

4）注漿壓力：注漿終止壓力1～2MPa，為保障注漿效果，可具體根據(jù)注漿現(xiàn)場情況進行調整。

5）封孔方式：封孔采用麻繩+錨固劑的方式進行封孔，封孔長度為0.5m。

3.1.2 圍巖深孔注漿

1）注漿孔布置：注漿鉆孔主要布置在巷道頂板及兩幫，相鄰兩排注漿鉆孔三花眼布置。注漿孔間距×排距=1600×2000mm，具體如圖4所示。

2）注漿孔參數(shù)：鉆孔為 φ56mm×7000mm，巷道底角鉆孔向下傾斜15°布置，其其余注漿鉆孔均垂直于巷道表面打設。

3）注漿材料：注漿材料及配比形式同上

4）注漿壓力：注漿終止壓力4～6MPa，根據(jù)現(xiàn)場情況進行調整。

5）封孔方式：封孔采用麻繩+錨固劑的方式進行封孔，封孔長度為1.0m。

圖4 幫頂圍巖深孔注漿布置示意圖

3.1.3 幫頂圍巖支護

當深部注漿鉆孔施工完畢后3d，針對巷道圍巖補打全長預應力注漿錨索，注漿錨索參數(shù)為φ17.8mm×7300mm，錨索間排距為 1800mm×2000mm，底角錨索向下傾斜15°布置，其余錨索均垂直于巷道表面布置，具體錨索布置方式如圖5；幫部底角錨索的錨固方式為全長錨固，錨索端部采用灌漿錨固，灌注水灰比為0.6:1的水泥漿，錨固長度為2000mm，并預留第二次注漿張拉預緊段，灌漿完成七天后進行水泥-水玻璃全長注漿。處幫部底角錨索外，其余錨索均端部采用樹脂錨固，安裝三支樹脂錨固劑，兩支Z2360和一支K2335型樹脂錨固劑，錨固長度為1970mm，在樹脂錨固完成1h后，錨索其余長度內進行水泥灌漿作業(yè)，設置灌漿的注漿終壓為3MPa，錨索施工完畢后施加的預緊力為200kN，具體支護圖如圖5。

3.2 效果分析

在進風東部車場巷道注漿加固及全長注漿錨索支護完成后采用十字布點法進行巷道表面位移的監(jiān)測，共計布置兩個礦壓監(jiān)測站，測站之間的間距為100m，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)得出圍巖變形曲線如圖6所示。

圖5 進風井東部車場巷道幫頂注漿錨索布置圖

圖6 巷道表面位移曲線圖

分析圖6可知，圍巖變形基本集中在支護完成后0～70d，當支護完成大于70d后，圍巖變形基本達到穩(wěn)定狀態(tài)，最終頂?shù)装逵媰蓭妥畲笞冃瘟糠謩e為21mm和13mm，保障了圍巖的穩(wěn)定。

4 結論

根據(jù)進風井東部車場巷道原有支護下圍巖變形情況，通過具體分析注漿加固前后錨索支護圍巖應力分布塑性區(qū)發(fā)育規(guī)律，結合圍巖內部結構的窺視結果，確定采用深淺孔注漿+預應力全長注漿錨索支護的圍巖控制方案，方案實施后的巷道表面位移表明，圍巖控制效果良好，有效解決了圍巖變形量大的問題。