井底車場圍巖不穩定區返修加固技術應用

常進良 劉潤平 李云飛

（1.山西柳林興無煤礦有限責任公司，山西 呂梁 033300；2.山西福山資源集團有限公司，山西 呂梁 033300）

由于井底車場施工斷面大，車場內交叉巷道多，井底車場施工完后在短時間內圍巖蠕動變形現象嚴重，導致圍巖出現破碎現象，不僅降低了巷道成形效果，影響車場后期安全通車，而且巷道圍巖出現變形后，在圍巖內形成松動圈，在松動圈內出現錨固失效現象，很容易發生圍巖冒落事故。本文以興無煤礦副斜井井底車場為例，根據巷道圍巖變形機理，提出了合理有效圍巖控制技術[1-5]。

1 概述

山西柳林興無煤礦有限責任公司副斜井井底車場及上部平車場布置在9#和10#煤層之間，6#、8#、9#、10#煤尚未開采，與上組煤掘進巷道距離較遠，對掘進巷道無影響。副斜井井底車場分為甩車場段、車場段、上部平車場段、1號交岔點段，設計長度222 m。

井底甩車場段設計長54 m，凈寬5000 mm，凈高4500 mm；車場段設計長度為90 m，設計斷面規格為凈寬4600 mm，凈高3800 mm；上部平車場設計長度72 m，凈寬4600 mm，凈高3800 mm；1號交岔點設計長16 m，凈寬9395～4600 mm，凈高5998～3800 mm。采用直墻半圓拱形斷面，錨網噴支護，壁厚120 mm，噴射砼強度等級C20，鋪底厚150 mm，鋪底砼強度等級為C20。

2020年2月17日副斜井井底車場已施工到位，但是由于副井井底車場布置在9號與10號煤層之間，煤層間距7.04 m，層間巖體主要以砂質泥巖及泥巖為主，巖體穩定性差，而且車場施工斷面大、交叉口多，巷道掘進1個月后巷道圍巖蠕動變形現象嚴重，特別是車場段局部出現頂板冒落、圍巖破碎現象。至3月24日，車場段頂板下沉量達0.45 m，巷道表面噴層出現裂縫并向巷道四周延伸，威脅著巷道安全施工。

2 巷道變形區二次加固方案

通過現場觀察分析，導致副井井底車場段圍巖出現變形破碎現象的原因主要有以下幾方面：（1）巷道原支護效果差，無法有效控制不穩定巖層；（2）巷道施工區域交叉口多，巷道斷面大，圍巖應力大；（3）巷道圍巖蠕動變形后，破壞了圍巖力學結構及整體穩定性。

根據實際情況分析判斷，治理該類巷道變形現象，僅僅采用注漿加固的技術手段無法根本上控制圍巖變形，在注漿的前提下通過施工加長注漿錨索控制圍巖變形，才能得到預期支護效果。

2.1 淺深孔兩次注漿加固

（1）注漿孔布置方式

① 注漿淺孔與深孔采用三花布置方式，注漿淺孔深度為3.0 m，鉆孔直徑為56 mm，其中兩幫各布置2個鉆孔（1#、2#），拱形頂板布置三個鉆孔（4#、5#、6#），幫部鉆孔1#鉆孔成15°仰角布置，2#鉆孔成10°俯角布置，1#、2#鉆孔間距為1.0 m，頂板鉆孔與基巖平面垂直布置；② 深孔與淺孔排距為3.0 m，其中幫部各布置一個，頂部布置2個，深孔與淺孔交錯三花布置，深孔直徑56 mm，深度7.0 m，深孔與巷幫以及頂板基巖面垂直布置。

（2）注漿材料

注漿采用雙組分聚氨酯加固材料，該材料主要由A、B兩種成分組成。其中A組分主要由阻燃高分子材料和聚合MDI組成，B組分主要為聚醚多元醇、表面活性劑、催化劑的混合物。聚氨酯加固材料雖然成本費用相對較高，但是在破碎圍巖中該加固材料具有很強的粘接能力、滲透效果好等優點。

（3）注漿方式

淺、深孔施工完后，對淺孔內埋入一根長度為2.0 m注漿管（靠近孔底1.0 m范圍內有出漿小孔），深孔內埋入一根長6.0 m注漿管（靠近孔底5.0 m范圍有出漿小孔）。注漿管與氣動注漿泵連接進行注漿施工。

（4）封孔處理

注漿堵漏是保證注漿效果的關鍵技術手段，車場段注漿鉆孔采用膨脹水泥以及棉紗聯合封堵。鉆孔內埋入注漿管后，在孔口處采用膨脹水泥進行封堵，封孔長度不得低于0.5 m，封堵前后采用棉紗進行堵塞。注漿深孔封孔平面示意圖如圖1。

圖1 注漿深孔封孔平面示意圖

（5）注漿壓力確定

通過對車場段圍巖表層施工窺視孔觀察發現，圍巖破碎范圍在0.8～2.2 m。根據漿液擴散半徑計算公式可知，注漿壓力在0.5～1.0 MPa范圍內漿液擴散半徑在0.52～1.04 m，當注漿壓力在1.0～2.5 MPa范圍漿液最大擴散半徑達2.6 m，所以根據車場段實際圍巖破碎情況，注漿壓力確定為2.0 MPa。

2.2 幫頂圍巖注漿錨索加固

（1）注漿錨索規格

注漿錨索型號為SKZ160-1/1770，錨索直徑為22 mm，長度為8.3 m，中空狀，注漿錨索最大抗拉強度為780 MPa，延展率為18%，錨索中部安裝注漿軟管，端頭部采用注漿鋼管與軟管對接。

（2）注漿錨索布置方式

車場段變形區全斷面施工注漿錨索，每排布置7根注漿錨索。其中兩幫各兩根，幫部第一根施工在直墻與半圓拱交界處且以15°仰角布置，第二根與第一根間距為0.9 m，同一幫部的兩根注漿錨索外露端安裝一根長度為1.5 m“W”型鋼帶預緊；頂部施工3根注漿錨索，錨索間距為2.0 m，錨索外露端安裝一根長度為4.2 m“W”型鋼帶預緊。

3 應用效果分析

（1）圍巖變形監測分析

車場段變形區返修加固后，分別在車場段布置三個監測點（1#～3#），監測圍巖變形、下沉情況。通過圖2可知，車場段變形圍巖采取“注漿加固技術+施工注漿錨索”聯合返修加固技術后，圍巖最大下沉量為0.35 m。由此可見，采取返修加固措施后，原破碎、裂隙圍巖進行再次重組，提高了圍巖整體膠結強度，控制了圍巖大變形現象。

圖2 車場段變形區返修加固后圍巖變形曲線圖

（2）圍巖內部窺視分析

在車場段圍巖變形區共計施工3個窺視孔，孔深為8.0 m，鉆孔直徑為60 mm，其中兩幫各一個，頂板一個。窺視孔施工完后采用ZKXG100型鉆孔成像軌跡檢測裝置對孔壁圍巖情況進行觀察記錄。通過實際觀察發現，圍巖內0.8 m范圍內存在少數裂隙，通過成像儀可以清晰地看出圍巖裂隙充填的漿液，圍巖注漿后整體完整性好。由此可見，注漿后圍巖裂隙得到有效充填、粘接，保證了錨桿（索）支護預應力傳遞作用，提高支護效果。

4 結 語

興無煤礦井底車場圍巖變形區采取“注漿加固技術+施工注漿錨索”聯合返修加固技術后，有效提高了圍巖內部破碎煤巖體完整性以及可靠性，保證了錨桿（索）支護強度，控制了圍巖變形現象，解決了大斷面井底車場圍巖控制效果差、支護難度大等技術難題。