掘進巷道冒頂區域注漿封堵充填加固技術

李曉林，王 鑫

(山西新元煤炭有限責任公司，山西 陽泉 045000)

1 工程背景

陽煤集團新元煤礦9號煤三采區位于3號煤一采區正下方，3號煤一采區已開采結束，采空區有少量積水，層間距平均45 m，可能通過底板導水裂隙以淋頭水方式進入下層9號煤掘進巷道內。9301進風巷設計長度3 500 m，9301配風巷設計長度3 350 m，巷道沿9號煤層由西北向東南方向掘進，煤層均厚2.36 m，平均傾角5°，煤層埋藏深度為490 m，直接頂以泥巖為主，均厚2.5 m，老頂以砂質泥巖為主，均厚5.6 m，直接底和老底基本以厚層砂質泥巖為主。工作面采掘平面布置如圖1。

9301進風巷和配風巷采用雙巷掘進方式，巷道斷面為矩形，寬×高=5.2 m×3.2 m，采用錨桿+錨索+金屬網+鋼帶聯合支護方式，頂板每排布置6根錨桿，間排距為900 mm×1 100 mm；每2排錨桿間打設1排錨索，每排布置4根，錨索間排距為1 400 mm×1 100 mm。巷道兩幫均每排布置3根錨桿，錨桿間排距為1 000 mm×1 100 mm；幫錨索呈3花在每2排幫錨桿間交替布置，排距為1 100 mm。錨桿選用D22 mm×2 400 mm的螺紋鋼錨桿，錨索為D21.6 mm×8 300 mm的鋼絞線錨索。

9301進風巷開口掘至460 m時，通過礦壓觀測顯示，頂板壓力增大，頂板支護改為全錨索支護，縮小排距至900 mm，并支設T型棚。當掘至480 m時，掌頭右幫頂板垮落，垮落為泥巖碎石塊并含有少量淋頭水，該位置正處于上層3號煤一采區開采結束后遺留煤柱壓力疊加區，頂板破碎，支護困難，故退機30 m，開聯絡橫貫，掘進9301配風巷，掘進至9301進風巷頂板垮落水平位置時，頂板壓力增大，但并未出現頂板垮落現象，故通過煤柱疊加區50 m后開聯絡橫貫，返掘9301進風巷，掘至距9301進風巷正前垮落處10 m位置時停掘，采取注漿封堵加固頂板。

2 施工工藝

貫通方向從9301進風巷返頭向正前施工。貫通前先在9301進風巷正前壘墻注高水材料封堵正前。返頭施工鉆孔，注水泥漿充填垮落區域，待注漿帶壓后，停止注漿，施工中空注漿錨桿，注化學漿加固冒頂區域。最后縮小排距支護并支棚通過，直至貫通。如圖2所示。

2.1 正前壘墻注漿充填

在9301進風巷正前冒頂區域向西3 m的位置壘規格為：寬×高×厚為5.2 m×3.5 m×0.24 m的墻體，墻體頂部采用封堵材料封閉，在墻體外面0.2 m位置支設5根內柱式單體液壓支柱，間距為1.2 m，然后用半圓木將墻體與單體液壓支柱背緊，在墻體內注高水材料充填冒頂區。

注漿管選用D32 mm高壓膠管，鉆機氣動注漿泵型號為2ZBQ210/4。注漿材料選擇高水材料，分甲、乙兩種主料，加甲、加乙兩種配料[1-2]。質量配比為：甲料∶乙料∶加甲料∶加乙料=10∶10∶1∶1。

圖2 注漿封堵、充填、加固設計(mm)

2.2 返頭注水泥水玻璃漿充填

根據現場打鉆確定冒頂高度大約5.9～6 m。在9301進風巷返頭，用鉆頭直徑為42 mm的MQT-130氣動錨索鉆機分別向冒頂區最高點、中部、底部施工3組鉆孔，鉆孔與巷道頂板的夾角分別為：30°、20°、5°，每組鉆孔包含3個鉆孔，鉆孔間距為1 600 mm、深度為13 000 mm。注普通硅酸鹽水泥+水玻璃雙液漿，水灰比為0.7∶1，水泥、水玻璃配比為1∶(0.2-0.3)，注漿管選擇直徑為20 mm的鐵管，壓力達到2～4 MPa的時候停泵(壓力根據現場情況確定)。

2.3 貫通區注漿錨桿化學漿加固

9301進風巷正前、返頭充填工作完畢后，在返頭按照30°的角度向上施工1排共計5套注漿錨桿加固，每套注漿錨桿長度為13 000 mm，間距1 100 mm。此次加固是為上述兩次充填后局部裂隙未充填實而采取的[3-4]。

施工機具選擇鉆頭直徑為42 mm的ZLJ-750礦用坑道鉆機1臺、YT-28風鉆1臺，2ZBQ-5/15型氣動雙液注漿泵1臺。注漿材料為化學漿，膨脹倍數1.02，水灰比1∶0.5～1∶1。

2.4 巷道貫通全錨索支護

前期充填加固結束后，凝固48 h，開始從9301返頭掘進，支護工藝為全錨索支護，錨索長度變更為10 300 mm，排距為600 mm，并支設T型棚。

3 注漿加固效果

巷道貫通過程中，未出現頂板破碎及垮落現象，順利貫通。頂錨索拉力都達到51 MPa，滿足支護質量要求。在貫通施工期間安設了1組觀測站，通過3個月的連續觀測，結果表明：巷道左幫最大形變量為26 mm，右幫最大形變量為22 mm，兩幫累計移近量為48 mm，巷道頂板最大下沉量為23 mm，注漿加固達到了預期效果，保證了巷道的安全。

4 結 語

采用封堵、充填、加固的施工方式，較好地解決了掘進巷道期間破碎頂板垮落等復雜地質條件給施工帶來的困難，達到良好的加固效果，對類似條件施工提供了借鑒。