開拓巷道圍巖變形嚴重段注漿加固技術研究

孔令飛

（山西汾西工程建設有限責任公司工程公司，山西 孝義 032300）

引言

巷道變形是影響巷道通風、行人以及運輸的主要因素，針對巷道圍巖變形原因采取針對性控制措施可起到降低支護成本，有效控制圍巖變形的目的[1]。現階段礦井圍巖支護參數一般采用經驗法確定。當地質條件較好時，圍巖可得到有效控制，但是當圍巖松軟或者裂隙發育時，若不采取針對性的圍巖控制措施，往往會導致圍巖變形嚴重問題[2-3]。山西某礦掘進的南翼運輸大巷在礦壓、圍巖破碎等作用下出現較大的變形，變形主要集中在巷幫及頂板。雖然后期采取錨索、錨桿、U 型鋼等對圍巖進行加固，但是隨著時間增加，巷道圍巖變形嚴重，特別是巷幫、頂板收斂嚴重，其中在變形嚴重段巷幫收斂量達到700 mm 以上，巷道寬度由設計之初的4.2 m 縮小至2.8 m，無法滿足后續巷道的正常使用需要。如何控制運輸大巷圍巖變形成為礦井南翼采區生產時需要重點解決的問題。

1 巷道圍巖變形特點分析

1.1 巷道地質概況

某礦南翼運輸大巷設計掘進長度為1 506 m，在3 號煤層頂板上方15 m 的砂質泥巖中掘進，半圓拱斷面，埋深330 m。巷道圍巖初底板為粉砂巖外，巷幫及頂板均為砂質泥巖。巷道掘進至590 m 為主時揭露有F3 斷層（H=1.2～2.5 m，150°∠45°），巷道以往采用砌碹支護。

1.2 巷道圍巖變形特征分析

巷道圍巖變形以巷幫變形為主，特別是靠近巷角位置變形量較大。巷道后修復使用的U 型鋼在頂板、巷幫變形影響下出現較大變形。

巷道圍巖變形后巖體整體較為松散、破碎，基本喪失承載能力。在巷幫、頂板位置均出現空幫、空頂顯現。若不及時采取措施可能會進一步加劇巷道變形。

1.3 圍巖變形原因分析

1）南翼運輸大巷巷幫以及頂板均為強度相對較低的砂質泥巖，且巖層中含有一定量的黏土成分，且本身強度較低，在地應力、風化等影響下，巷道頂板、巷幫變形破壞逐漸嚴重，變形量持續增加[4]。

2）當圍巖出現應力集中且作用到支護體系上的應力值超過其支護體系自身承載能力時，會使得原有支護體系局部位置出現較大變形，具體表現為巷幫幫角位置出現較大變形[5]。

3）巷道后期修復時采用錨桿（索）、U 型鋼，雖然采用的支護體系可在一段時間控制圍巖變形。但是隨著淺部巖層變形破壞，深部巖層隨之出現承載力降低、裂隙發育等，具體表現為圍巖松動破壞圈范圍增加，錨桿支護效果被弱化，控制圍巖變形的U 型鋼會在圍巖應力作用下出現變形。

2 圍巖變形加固方案

針對圍巖變形特點以及圍巖變形原因分析結果，提出采用錨注+U 型鋼+關鍵點錨桿加固等措施對巷道進行加固，圍巖控制變形的核心為注漿加固。具體加固方案為[6-7]：

1）U 型鋼+錨桿支護。在對巷道圍巖變形嚴重段進行修整時，通過刷擴巷幫、頂板方式來增加巷道斷面積。由于局部位置巷道圍巖破碎，需要補打錨桿對圍巖強度進行補強。若圍巖可錨性相對較好，可先施工錨桿后布置U 型鋼；若可錨性較差，則先架設U型鋼，后施工錨桿進行加固。架設的U 型鋼型號為29U、間距為800 mm。

2）壁后注漿充填。壁后采用長、短管相結合方式進行注漿充填，長管（Φ26 mm×1 600 mm）、短管（Φ26 mm×500 mm），注漿管按照1 200 mm×1 600 mm 間排距施工。選用質量比為1∶1 的美固364 混合液體進行充填。

3）全斷面注漿（頂板+巷幫）。滯后壁后充填20 m距離布置注漿孔進行全斷面注漿，采用規格Φ22 mm×2 400 mm、Φ22 mm×3 600 mm 中空注漿錨桿進行注漿，按照1 200 mm×1 600 mm 間排距施工，注漿為水泥單液漿。具體全斷面注漿鉆孔布置見圖1 所示。

圖1 全斷面注漿鉆孔布置示意圖（單位：mm）

3 巷道注漿加固效果分析

在巷道圍巖變形嚴重段未進行修整時，巷道斷面變形嚴重，無法滿足現場使用需要，具體現場圖見圖2-1。對巷道進行修整后，巷道斷面得以恢復，圍巖穩定性以及自身承載能力得以顯著提升，具體修整后巷道現場圖見圖2-2。

圖2 修整前后巷道現場圖

在巷道圍巖變形嚴重段布置測站，對巷幫以及頂板變形量進行監測，整個監測周期為120 d，具體監測結果見圖3 所示。從圖中看出，頂板、巷幫變形集中在對巷道進行注漿加固后的20 d 時間內，頂板變形量達到60 mm、速度平均為3 mm/d，巷幫變形量達到40 mm、速度平均為2 mm/d；加固完成20 d 后，頂板以及巷幫變形量逐漸趨于穩定，最終至監測結束時，頂板、巷幫變形量分別為75 mm、55 mm，變形速度均降低至0.02 mm/d 以內。

圖3 圍巖變形量變化曲線

4 結語

對礦井南翼運輸大巷圍巖變形破壞原因進行分析，發現導致巷道變形量較大的主要原因是圍巖自身松軟、承載能力較差，加之原有的巷道支護方案不利導致的。為此，提出采用以注漿加固為核心的圍巖變形控制措施，通過注漿錨桿、U 型鋼控制圍巖變形。注漿加固后，圍巖裂隙被漿液充填，強度以及穩定性均得以顯著提升。其中頂板最大下沉量為70 mm、巷幫最大收斂量為55 mm。注漿加固后的斷面可滿足巷道運輸、行人以及通風需要。