復(fù)用巷道應(yīng)力區(qū)注漿加固技術(shù)應(yīng)用分析

盧 義， 張安慎

(1.山西王家?guī)X煤業(yè)有限公司，山西 忻州 036600；2.山西煤炭運(yùn)銷(xiāo)集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究有限公司，山西 太原 030006)

1 概述

18105工作面為王家?guī)X煤業(yè)第3個(gè)回采工作面，東部為已回采的18103采空區(qū)，西部為待采的18107實(shí)體煤。工作面開(kāi)采8#煤層，工作面長(zhǎng)1 986.6 m，寬222.4 m，煤厚6.5 m～8.60 m，煤層傾角6°，采煤方法為綜采放頂煤，采高3.5 m，放高4 m左右。煤層絕大部分含2層～3層夾矸。煤層上方偽頂厚0 m～0.5 m，為炭質(zhì)泥巖；偽頂上方為泥巖直接頂，厚度2 m～3 m。直接頂上方為厚層完整砂巖老頂，厚度超過(guò)20 m。18105工作面采用兩進(jìn)一回布置，膠帶和輔運(yùn)順槽間凈煤柱為30 m，輔運(yùn)順槽留下復(fù)用，作為18107工作面回風(fēng)順槽。

18105輔運(yùn)順槽與18107膠帶順槽間預(yù)留保安煤柱寬度為35 m，18105輔運(yùn)順槽沿8#煤層底板掘進(jìn)，巷道掘進(jìn)寬度為5.5 m，掘進(jìn)高度4.2 m(鋪底0.2 m)，巷道采用錨桿錨索支護(hù)。

18105工作面回采結(jié)束后18105輔運(yùn)順槽留下用作18107輔運(yùn)順槽，如圖1所示，其900 m～1 100 m段由于向斜地質(zhì)構(gòu)造、工作面停留時(shí)間較長(zhǎng)等原因出現(xiàn)底鼓、幫部網(wǎng)包和頂板下沉現(xiàn)象。為防止變形段在18107回采超前支承壓力作用下再次出現(xiàn)大變形，影響18107回采面正常推進(jìn)。

圖1 18105膠帶順槽平面布置示意圖

2 應(yīng)力區(qū)支護(hù)方案確定

通過(guò)技術(shù)研究對(duì)18105輔運(yùn)順槽應(yīng)力區(qū)提出了“棚式支架支護(hù)”、“錨桿、錨索加強(qiáng)支護(hù)”、“注漿加固”等三種方案[1-3]。

2.1 棚式支架支護(hù)

棚式支架支護(hù)主要利用棚式支架配合金屬網(wǎng)對(duì)頂板進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)，該支護(hù)屬于被動(dòng)支護(hù)，對(duì)圍巖施加的主動(dòng)預(yù)應(yīng)力效果差，棚式支護(hù)在支護(hù)過(guò)程中當(dāng)圍巖發(fā)生變形擠壓時(shí)，鋼棚對(duì)圍巖產(chǎn)生一個(gè)控制作用力，從而對(duì)圍巖變形進(jìn)行擠壓控制，棚式支護(hù)在作用過(guò)程中圍巖與此同時(shí)也在發(fā)生變形過(guò)程；當(dāng)棚式支架在高應(yīng)力圍巖中進(jìn)行支護(hù)時(shí)圍巖變形量增加，支架承載作用力也相應(yīng)增加，當(dāng)圍巖應(yīng)力大于支架承載載荷時(shí)，支架出現(xiàn)變形、斷裂現(xiàn)象，同時(shí)大變形、應(yīng)力圍巖會(huì)進(jìn)一步加速支架破壞[4-5]。

2.2 錨桿、錨索加強(qiáng)支護(hù)

對(duì)于新開(kāi)挖的巷道圍巖整體穩(wěn)定性相對(duì)較好，及時(shí)采用錨桿、錨索支護(hù)時(shí)可以有效控制圍巖裂隙擴(kuò)張現(xiàn)象，使巷道頂板形成次生承載結(jié)構(gòu)，保證巷道圍巖穩(wěn)定性，從而有效防止因巷道開(kāi)挖后圍巖出現(xiàn)破碎現(xiàn)象；但是對(duì)于二次復(fù)用巷道，巷道在應(yīng)力作用下巷道圍巖完整承載結(jié)構(gòu)消失或承載能力降低，錨桿、錨索在開(kāi)裂破壞圍巖中可錨性降低，錨桿、錨索支護(hù)時(shí)預(yù)緊力不足，降低了錨桿支護(hù)效果；同時(shí)，圍巖出現(xiàn)裂隙、離層時(shí)在裂隙部位會(huì)阻止錨桿、錨索作用于圍巖的預(yù)應(yīng)力傳遞，如圖2所示。同時(shí)，圍巖連續(xù)變形開(kāi)裂失去了約束作用，在高應(yīng)力作用下從圍巖表層至深層發(fā)生擴(kuò)容性破壞。因此，簡(jiǎn)單的錨桿支護(hù)無(wú)法對(duì)變形圍巖進(jìn)行控制與維護(hù)。

圖2 圍巖離層開(kāi)裂對(duì)錨桿支護(hù)作用的影響

2.3 注漿加固

采用注漿加固時(shí)，注漿材料在壓力作用下滲透至裂隙內(nèi)并進(jìn)行粘接，使裂隙巖體再次形成穩(wěn)定連續(xù)結(jié)構(gòu)；裂隙帶內(nèi)注入的漿液凝固體較強(qiáng)的載荷強(qiáng)度時(shí)，可以有效防止在高應(yīng)力作用下巖體裂隙帶處出現(xiàn)擴(kuò)容破壞作用；由此可見(jiàn)注漿加固技術(shù)是在改變圍巖結(jié)構(gòu)過(guò)程中提高圍巖承載強(qiáng)度，所以合理選擇具有高強(qiáng)度結(jié)石體的注漿漿液對(duì)裂隙圍巖加固效果起著重要作用；破碎圍巖注漿后提高了整體完整性，保證了錨桿、錨索支護(hù)時(shí)預(yù)應(yīng)力傳遞。所以，決定對(duì)18105輔運(yùn)順槽應(yīng)力區(qū)采取注漿加固技術(shù)。

3 注漿加固技術(shù)應(yīng)用

3.1 注漿加固目的

高壓注漿的目的是通過(guò)注漿液滲透至圍巖裂隙內(nèi)，將破碎圍巖進(jìn)行重新粘接組合，恢復(fù)圍巖完整性，形成連續(xù)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)體，再一次提高破碎圍巖承載能力，從而保證錨桿、錨索支護(hù)后預(yù)應(yīng)力能夠很好地傳遞，提高錨桿、錨索支護(hù)質(zhì)量。

3.2 注漿材料選取

18105輔運(yùn)順槽應(yīng)力區(qū)注漿加固材料采用化學(xué)改性水泥漿。煤體水泥注漿使用525#普通硅酸鹽水泥，使用水玻璃改善漿液懸浮性和流動(dòng)性，添加漿液黏結(jié)改性液，提高漿液固化后對(duì)破碎煤巖的黏結(jié)力。水泥漿內(nèi)添加X(jué)PM添加劑，添加劑用量一般為8%～10%。水泥漿的水灰比為0.6∶1～1∶1(根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)注漿情況調(diào)整)。使用水泥-水玻璃雙液漿時(shí)水玻璃濃度為48 Be’～55 Be’(根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行調(diào)整)，模數(shù)M=2.8～3.2。水泥漿和水玻璃的體積比為1∶0.4～1∶1。

3.3 注漿施工

1) 注漿孔布置：18105輔運(yùn)順槽幫、頂圍巖水泥注漿孔，沿巷道斷面成排布置，巷道幫頂注漿鉆孔呈五花布置，孔排距為1.8 m，幫部注漿孔間距為1.6 m，頂板注漿孔間距為2.0 m。受到管路的影響時(shí)，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

2) 鉆孔施工：兩幫頂角、底角鉆孔使用ZYJ-270/180架柱式液壓回轉(zhuǎn)鉆機(jī)打孔，鉆頭直徑Φ56 mm；兩幫其余垂直鉆孔使用ZQS-65/2.5防突鉆機(jī)打孔，鉆頭直徑Φ44 mm；頂板使用ZYJ-270/180架柱式液壓回轉(zhuǎn)鉆機(jī)打孔，鉆頭直徑Φ56 mm。

3) 鉆孔技術(shù)參數(shù)：巷幫靠近頂板孔仰角為5°，靠近底板孔俯角為15°，其余鉆孔垂直于兩幫；頂板靠近兩幫的注漿鉆孔與垂直巷道頂板方向呈15°夾角，其他鉆孔垂直巷道頂板施工。18105輔運(yùn)順槽巷幫水泥注漿孔深度4 500 mm，頂板水泥注漿孔深度為6 000 mm。

3.4 應(yīng)用效果分析

3.4.1 巷道表面位移觀測(cè)

采用十字布點(diǎn)法安設(shè)巷道表面位移監(jiān)測(cè)斷面。首先分別在巷道頂板以及兩幫中部各施工一個(gè)深度為0.4 m，直徑為30 mm的圓孔，并將直徑為32 mm的木樁打入孔內(nèi)；頂板木樁以及右?guī)湍緲抖瞬堪惭b彎型測(cè)釘，底板以及左側(cè)木柱端部安裝平頭測(cè)釘，兩監(jiān)測(cè)斷面沿巷道軸向間隔為0.6 m～1.0 m。

3.4.2 實(shí)際應(yīng)用效果

對(duì)應(yīng)力區(qū)巷道采取注漿加固后，對(duì)圍巖進(jìn)行30 d觀察發(fā)現(xiàn)，在注漿后0 d～10 d范圍內(nèi)由于圍巖出現(xiàn)蠕動(dòng)變形，注漿材料凝固效果相對(duì)較差，圍巖出現(xiàn)局部小變形現(xiàn)象，頂板最大下沉量為0.25 m，底鼓量為0.22 m，兩幫收縮量為0.37 m；在10 d～30 d范圍內(nèi)，注漿材料與巷道圍巖達(dá)到耦合作用，巷道圍巖變形量趨于零。

4 結(jié)語(yǔ)

王家?guī)X煤礦對(duì)18105輔運(yùn)順槽應(yīng)力區(qū)變形段采取注漿加固技術(shù)后，注漿材料充填了遭到破壞的圍巖內(nèi)部裂隙，加強(qiáng)了裂隙圍巖整體單軸抗壓強(qiáng)度，降低了裂隙發(fā)育現(xiàn)象，以有利于錨桿錨索錨固預(yù)緊時(shí)力的傳遞，大幅度提高加固質(zhì)量和效果，提高了圍巖結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性，降低了圍巖變形現(xiàn)象，具有顯著的應(yīng)用成效。