井底車場松軟破碎圍巖巷道注漿加固技術研究與應用

趙向明

（山西蘭花科創(chuàng)玉溪煤礦有限責任公司，山西 晉城 048000）

1 概況

山西蘭花科創(chuàng)集團玉溪煤礦井底車場架空乘人器巷道布置于3#煤層中，均厚5.85m。煤層平均含有一層穩(wěn)定的夾矸，均厚為0.28m。煤層頂板為泥巖、砂質泥巖、粉砂巖，局部為細粒砂巖，底板為泥巖。巷道采用錨網(wǎng)索噴聯(lián)合支護，錨桿采用高強樹脂錨桿，間排距800×800mm，錨固力為50kN；錨索索體采用高強度低松弛預應力鋼絞線，錨固力15t；噴射混凝土強度等級為C20，鋪底混凝土強度等級為C30；金屬網(wǎng)采用Ф6 鋼筋加工而成，網(wǎng)孔規(guī)格為150×150mm，用量考慮10%的搭接量。根據(jù)現(xiàn)場觀測知，圍巖較破碎，巷道在現(xiàn)有支護方案下，圍巖變形量較大，大范圍的出現(xiàn)噴漿層剝落的現(xiàn)象，故擬采用注漿加固的處理方案。

2 注漿加固作用機理

由于架空乘人器巷道修復為永久工程加固，需嚴格控制破碎圍巖進一步變形的要求，采用水泥漿與不飽和聚酯化學漿復合注漿工藝，解決水泥漿與圍巖粘結力低、微裂隙滲透困難、重新開挖易造成圍巖二次開裂的問題，獲得了近似于原巖的圍巖條件，恢復了破碎圍巖結構完整性。

根據(jù)架空乘人器巷道的具體位置及圍巖的賦存條件，現(xiàn)采用UDEC 數(shù)值模擬軟件，建立長×高=200m×81.1m 的模型。為保障數(shù)值模擬結果的可靠性，在進行裂隙劃分作業(yè)時，有針對性將巷道松動圈范圍內的巖體設置節(jié)理發(fā)育，注漿漿液設置采用水灰比為0.6 的水泥漿。為對比分析注漿加固圍巖特征的差異，設置對模型的左幫進行注漿加固作業(yè)，巷道右?guī)秃晚敯宀贿M行注漿作業(yè)，進而對比分析注漿后錨索軸力的分布規(guī)律。

（1）注漿前后錨索軸力分布

根據(jù)數(shù)值模擬結果能夠得出注漿結束后，錨索在破碎圍巖內軸力的分布規(guī)律，具體如圖1 所示。

圖1 注漿加固后錨索軸力分布圖

通過分析圖1 可知，對比巷道左幫和右?guī)涂闯觯溆規(guī)湾^索的受力情況明顯差于左幫錨索受力情況。出現(xiàn)該種現(xiàn)象的主要原因即為巷道右?guī)筒⑽催M行注漿作業(yè)，圍巖體整體還處于松軟破碎的狀態(tài)，錨索在破碎巖體內的受力不均勻，可錨性較低；而巷道左幫由于采取了注漿加固措施，圍巖體的破碎狀態(tài)得到了改善，提升了圍巖體的可錨性和完整性，錨索的受力狀態(tài)明顯得到了改善，錨索的整體受力較為均勻。

（2）巷道表面位移量

根據(jù)數(shù)值模擬結果，同樣能夠得出注漿加固前后圍巖變形情況，具體圍巖變形情況如圖2 所示。

圖2 注漿前后圍巖變形情況對比曲線

通過具體分析圖2 中注漿加固前后圍巖位移情況曲線可知，當巷道未采取注漿加固時，巷道采用單一的錨索對破碎圍巖體進行支護，此時巷道兩幫移近量達到693mm，而注漿加固后，兩幫的移近量減小到174mm，最大值的下降幅度為81.7%；底板鼓起量在巷道未采用注漿加固時達到286mm，在注漿加固后底板鼓起量減小至80mm，下降幅度為72%；頂板下沉量在未采取注漿加固時，下沉量的最大值為249mm，注漿加固后頂板下沉量降低為184mm，下降幅度為26.1%。

基于上述分析能夠得出，巷道在進行注漿加固后，能夠對破碎圍巖體內部的裂隙進行充填，同時能夠滲入圍巖裂隙內提升破碎巖體的整體性和承載能力，進而有效阻止圍巖擴容向深部的發(fā)展，從而提升錨桿索的受力狀態(tài)，改善圍巖的賦存特征，有效控制住巷道圍巖的表面位移。

3 注漿加固方案

3.1 注漿加固設計

根據(jù)上述數(shù)值模擬結果，結合架空乘人器巷道圍巖變形破壞的具體特征，確定注漿方案為淺孔+深孔+注漿錨索加固，參數(shù)如下：

（1）幫頂圍巖水泥淺孔注漿加固

① 注漿孔布置：設置淺孔注漿孔深度為3000mm，鉆孔的間排距為1650mm×2000mm，相鄰注漿鉆孔呈三花布置，巷道底角注漿鉆孔與水平方向呈15°布置，其余注漿鉆孔均垂直于巷道表面布置。如圖3 所示。

圖3 巷道淺孔注漿鉆孔布置示意圖

② 注漿方式：注漿鉆孔在1m 以上的區(qū)域開孔，每間隔100mm 設置一對穿小孔，注漿作業(yè)時采用全長一次注漿作業(yè)的方式 。

③ 注漿材料：水泥漿、水泥水玻璃雙液漿。

④注漿壓力：注漿終止壓力1～2MPa。

（2）幫頂圍巖水泥深孔注漿加固

① 注漿孔布置：設置淺孔注漿孔深度為7000mm，鉆孔的間排距為1650mm×2000mm，相鄰注漿鉆孔呈三花布置，巷道底角注漿鉆孔與水平方向呈15°布置，其余注漿鉆孔均垂直于巷道表面布置。具體注漿鉆孔布置形式如圖4 所示。

圖4 巷道淺孔注漿鉆孔布置示意圖

② 注漿方式：注漿鉆孔同樣設置在1m 以上的區(qū)域內開孔，出漿小孔的設置方式同上，注漿作業(yè)時，同樣采用全長一次注漿施工。

③注漿材料：水泥漿、水泥水玻璃雙液漿。

④注漿壓力：注漿終止壓力4～6MPa。

（3）幫頂圍巖支護

在巷道深孔注漿作業(yè)結束3d 后，為進一步保障圍巖的穩(wěn)定，進一步針對圍巖采取全長注漿錨索的支護方式，如下：

① 錨索規(guī)格：長度7300mm，其中300mm 為外露張拉段。

② 錨索布置方式：注漿錨索沿著巷道全斷面進行布置，設置間排距為1800mm×2000mm；錨索角度：在巷道兩底角位置的注漿錨索與水平方向成15°布置，其余注漿錨索均與巷道表面垂直布置。

③ 錨固方式：注漿錨索采用全長錨固，針對兩底角注漿錨索采用水泥灌漿錨固，樹脂錨固長度在1.5～2.0m 的范圍內。同時為保障錨索的預應力張拉作業(yè)，設置錨索的注漿作業(yè)在灌漿錨索后7d 進行。其余巷幫注漿錨索與頂板注漿錨索均采用樹脂錨固劑進行錨固作業(yè)，錨固長度為1.97m，采用一支K2335 和兩支Z2360 型樹脂錨固劑進行錨固作業(yè)。

④ 其他參數(shù)：注漿材料及配比同上，錨索預緊力≥200kN，注漿壓力控制在錨索孔終止壓力2～3MPa。

3.2 效果分析

在架空乘人器巷道注漿加固后，為分析注漿加固對巷道圍巖的控制效果，在巷道注漿加固的范圍內，設置兩個巷道表面位移監(jiān)測站，測站間距為50m。具體監(jiān)測結果如圖5 所示。

圖5 注漿加固后圍巖變形情況

通過具體分析圖5 可知，在架空乘人器巷道采用注漿加固方案后，圍巖的變形量主要發(fā)生在注漿結束后的60d 內，兩幫平均變形速率為0.45mm/d，頂板移近的平均速率為0.25mm/d。注漿結束大于60d 后，圍巖基本不再出現(xiàn)變形，最終頂?shù)装寮皟蓭妥畲笠平糠謩e為16mm 和36mm。

4 結論

（1）根據(jù)UDEC 數(shù)值模擬結果，架空乘人器巷道在注漿加固后，圍巖的完整性和可錨性提高了，錨索在圍巖體的整體受力更為均勻，錨索的錨固效果提升了，巷道表面位移量在注漿后也得到了大幅度的降低。

（2）根據(jù)注漿結束后的效果觀測知，采用淺孔+深孔+注漿錨索結合的注漿加固方式，注漿加固效果顯著，解決了巷道圍巖變形量大的問題。