大斷面巷道過陷落柱期間的技術研究與實踐

馬衛波

（潞安化工集團 古城煤礦，山西 長治046100）

煤礦井下大巷延伸時，不可避免地會揭露不同類型的地質構造，尤其大斷面巷道通過陷落柱區域時，陷落柱影響區內頂板巖石破碎，裂隙縱橫，出水量多，錨桿（索）錨固端巖性不穩定，成為過陷落柱期間巷道頂板管理的關鍵問題。本文以古城煤礦西翼輔運大巷穿越前方X18陷落柱為背景，對巷道陷落柱影響下的頂板加強支護進行探討。

1 工程概況

古城煤礦西翼輔運大巷沿煤層頂板掘進，巷道斷面為矩形，設計掘寬6 300 mm，掘高4 950 mm，凈寬6 000 mm，凈高4 500 mm。巷道掘進至里程1 256.942 m處時迎頭巖性發生突變，巖石膠結淋水，裂隙縱橫交錯，錨桿（索）錨固端巖性松軟，錨固效果極差，給巷道頂板安全帶來了較大危險。西翼輔運大巷擔負著西翼盤區的材料與行人的運輸任務，為保證西翼輔運大巷能夠安全快速通過X18陷落柱，確定施工方案。

2 施工方案

依據地測部對前方地質構造的預測預報，在揭露陷落柱前對巷道前方陷落柱情況進行多維、放射狀勘探，探明前方X18陷落柱產狀、出水情況以及影響范圍。陷落柱產狀為不規則錐形，水平切面上呈橢圓形，長軸約68 m，短軸約54 m，巖石排列紊亂，巖塊大小混雜，巖石之間布滿巖粉、煤粉和各種粘土膠結，膠結性極差，掘進過程中極易出現巷道高頂、片幫等現象，導水性好，出水量達到25～30 m3/h，無壓力。西翼輔運大巷恰好處在X18陷落柱核心影響區，影響范圍為1 256～1 324 m。

2.1 長距離鉆孔控制陷落柱出水量

根據陷落柱的出水特征，決定對陷落柱的突水點進行先排水后堵水的治水方法。先在陷落柱突水位置施工長距離鉆孔，先利用大流量水泵強行排水，將陷落柱突水點的水量排放至可控范圍內，待到出水量有明顯減少或控制在5 m3/h以下后，為增加陷落柱突水點及其周圍巖層和隔水層的強度，徹底切斷陷落柱突水點和掘進工作面的導水通道，在鉆孔口加裝法蘭盤，向鉆孔與前方膠結巖體內注水泥-水玻璃進行注漿堵水。

注漿孔長度取80 m，注漿壓力取1～2 MPa。

注漿設備與孔口管：注漿機選用PIH-22-75/45液壓雙液型注漿泵，注漿機及管路系統滿足設計最大注漿壓力和流量要求，孔口管采用φ108 mm×4 mm無縫鋼管加工，每根加工長度3.0 m，防止鋼管在孔內滑動，鋼管中部電焊麻點，鋼管上部焊高壓法蘭盤。

注漿材料選擇：水泥漿漿液濃度為2∶1、1.5∶1、1∶1和0.8∶1，根據壓水試驗選擇漿液初注濃度，選用40波美度的商品水玻璃。

注漿順序采用先稀漿、后濃漿逐級加濃的原則進行漿液濃度的變換，起到長距離注漿堵水的效果。

2.2 聯合支護掘進施工

為保證巷道斷面受力均勻與穩定，特將原巷道矩形斷面變更為直墻半圓拱形，巷寬5 800 mm、巷高5 300 mm，直墻高2 400 mm、拱高2 900 mm。錨桿采用型號為HRB500/φ22×2 400 mm高強無肋螺紋鋼錨桿，間距為800 mm，排距由1 000 mm加密為800 mm，間距不變。

錨索采用規格為φ18.3 mm×8 300 mm高強鋼絞線錨索，布置方式由“3-4”加密為“4-4”，間距為1 600 mm。錨索排距由1 000 mm調整為800 mm，間距不變。

U型鋼采用U29型，棚距為800 mm。梁腿搭接500 mm，鋼棚使用卡蘭進行緊固，卡蘭安設在鋼棚接口處，每個卡蘭螺絲扭矩力為300 N·m，鋼棚支護滯后工作面不得大于5 m。每架棚使用拉桿進行連鎖加固，并在梁中部、梁腿搭接處下方200 mm處、腿部距底1.3 m處打設鎖棚錨桿進行加固（鎖棚錨桿抱箍采用12號槽鋼加工而成）。空幫空頂處必須使用枕木、木楔等將棚背背實，枕木規格：150 mm×150 mm×1 200 mm，木楔規格：100 mm×100 mm×250 mm，方底斜楔。

圖1 巷道斷面支護Fig.1 Supporting of roadway section

2.3 注漿錨索加固圍巖

待架棚工作結束不久，部分U型棚棚腿出現收斂變形，待巷道圍巖基本穩定后，立即對陷落柱影響段的巷道進行C20混凝土噴漿封閉，在原錨桿排距處打設注漿錨索，進一步加固巷道圍巖強度，充分封堵巷道頂板淋水、根本上解決巷道頂板安全，減小巷道變形量。

2.3.1 注漿參數確定

用注漿錨索+水泥注漿加固，采用規格為φ22 mm×8 300 mm的注漿錨索，采用PO42.5 MPa普通硅酸鹽水泥，水灰比為0.6～0.8∶1，注漿鉆孔采用φ30金剛石鉆頭。注漿錨索打設采用3-2布置，間排距1 600 mm×800 mm；遵循由低到高，逐排逐孔的順序進行注漿；注漿泵壓力控制在2～3 MPa。

2.3.2 注漿施工流程

（1）在需要注漿加固的影響段按照設計打設注漿錨索若干。

搭設好穩固的作業平臺—標記鉆孔位置—搭架、架設鉆機，調整角度打孔—鉆孔完畢，退出鉆桿、鉆頭—壓風排渣—將錨固劑（一短兩長）推至孔底—開啟鉆機、邊頂推邊攪拌錨索—等待10 min后開始漲拉注漿錨索；

（2）注漿錨索打設一定數量后開始注漿，打設注漿錨索與開始注漿之間要間隔至少24 h。

注漿錨索頭連接注漿系統—制備水泥漿—開泵注漿→注漿至終壓穩定在4 MPa或者出現漏漿、跑漿等→停泵，關閉孔口閥→拆除注漿系統，移至下一個注漿錨索，單孔注漿結束。

3 支護效果分析

過X18陷落柱期間，在揭露陷落柱后10 m位置布置一組巷道表面位移測站，現場實際觀測數據可知，巷道從掘進到穩定期間頂板下沉量180 mm，底鼓量350 mm，兩幫移近量448 mm，隨后巷道基本趨于穩定，沒有再出現U型棚腿收斂的情況，大大降低了巷道返修率。

采用聯合支護于滯后注漿錨索加固圍巖后，巷道圍巖的自承載能力大大得到提高，呈現均勻變形的趨勢，巷道整體的穩定性得到了提高，說明采取的支護設計有效合理，取得了較好的圍巖控制效果。

4 結 論

（1）先排水、后注漿堵水相結合方法治理過陷落柱期間巷道涌水，為同類條件下的井下出水巷道防治水技術提供一定的參考。

（2）西翼輔運大巷過X18陷落柱期間，提出了先控制陷落柱出水量，后采用錨網索+U型棚+注漿錨索的聯合支護方法控制巷道圍巖，保障了西輔運大巷過陷落柱期間的施工安全高效。

（3）采用注漿錨索注漿方法補強巷道圍巖，巷道圍巖的自我承載能力得到提升，巷道出現均勻變形的趨勢，圍巖變形得到了有效控制，能夠保證陷落柱影響下的巷道圍巖的長期穩定，具有重要的推廣意義。