開(kāi)拓巷道圍巖變形嚴(yán)重段注漿加固技術(shù)研究

孔令飛

（山西汾西工程建設(shè)有限責(zé)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(fēng)、行人以及運(yùn)輸?shù)闹饕蛩兀槍?duì)巷道圍巖變形原因采取針對(duì)性控制措施可起到降低支護(hù)成本，有效控制圍巖變形的目的[1]。現(xiàn)階段礦井圍巖支護(hù)參數(shù)一般采用經(jīng)驗(yàn)法確定。當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件較好時(shí)，圍巖可得到有效控制，但是當(dāng)圍巖松軟或者裂隙發(fā)育時(shí)，若不采取針對(duì)性的圍巖控制措施，往往會(huì)導(dǎo)致圍巖變形嚴(yán)重問(wèn)題[2-3]。山西某礦掘進(jìn)的南翼運(yùn)輸大巷在礦壓、圍巖破碎等作用下出現(xiàn)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(duì)圍巖進(jìn)行加固，但是隨著時(shí)間增加，巷道圍巖變形嚴(yán)重，特別是巷幫、頂板收斂嚴(yán)重，其中在變形嚴(yán)重段巷幫收斂量達(dá)到700 mm 以上，巷道寬度由設(shè)計(jì)之初的4.2 m 縮小至2.8 m，無(wú)法滿足后續(xù)巷道的正常使用需要。如何控制運(yùn)輸大巷圍巖變形成為礦井南翼采區(qū)生產(chǎn)時(shí)需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題。

1 巷道圍巖變形特點(diǎn)分析

1.1 巷道地質(zhì)概況

某礦南翼運(yùn)輸大巷設(shè)計(jì)掘進(jìn)長(zhǎng)度為1 506 m，在3 號(hào)煤層頂板上方15 m 的砂質(zhì)泥巖中掘進(jìn)，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(zhì)泥巖。巷道掘進(jìn)至590 m 為主時(shí)揭露有F3 斷層（H=1.2～2.5 m，150°∠45°），巷道以往采用砌碹支護(hù)。

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(fù)使用的U 型鋼在頂板、巷幫變形影響下出現(xiàn)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(xiàn)空幫、空頂顯現(xiàn)。若不及時(shí)采取措施可能會(huì)進(jìn)一步加劇巷道變形。

1.3 圍巖變形原因分析

1）南翼運(yùn)輸大巷巷幫以及頂板均為強(qiáng)度相對(duì)較低的砂質(zhì)泥巖，且?guī)r層中含有一定量的黏土成分，且本身強(qiáng)度較低，在地應(yīng)力、風(fēng)化等影響下，巷道頂板、巷幫變形破壞逐漸嚴(yán)重，變形量持續(xù)增加[4]。

2）當(dāng)圍巖出現(xiàn)應(yīng)力集中且作用到支護(hù)體系上的應(yīng)力值超過(guò)其支護(hù)體系自身承載能力時(shí)，會(huì)使得原有支護(hù)體系局部位置出現(xiàn)較大變形，具體表現(xiàn)為巷幫幫角位置出現(xiàn)較大變形[5]。

3）巷道后期修復(fù)時(shí)采用錨桿（索）、U 型鋼，雖然采用的支護(hù)體系可在一段時(shí)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(xiàn)承載力降低、裂隙發(fā)育等，具體表現(xiàn)為圍巖松動(dòng)破壞圈范圍增加，錨桿支護(hù)效果被弱化，控制圍巖變形的U 型鋼會(huì)在圍巖應(yīng)力作用下出現(xiàn)變形。

2 圍巖變形加固方案

針對(duì)圍巖變形特點(diǎn)以及圍巖變形原因分析結(jié)果，提出采用錨注+U 型鋼+關(guān)鍵點(diǎn)錨桿加固等措施對(duì)巷道進(jìn)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(hù)。在對(duì)巷道圍巖變形嚴(yán)重段進(jìn)行修整時(shí)，通過(guò)刷擴(kuò)巷幫、頂板方式來(lái)增加巷道斷面積。由于局部位置巷道圍巖破碎，需要補(bǔ)打錨桿對(duì)圍巖強(qiáng)度進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。若圍巖可錨性相對(duì)較好，可先施工錨桿后布置U 型鋼；若可錨性較差，則先架設(shè)U型鋼，后施工錨桿進(jìn)行加固。架設(shè)的U 型鋼型號(hào)為29U、間距為800 mm。

2）壁后注漿充填。壁后采用長(zhǎng)、短管相結(jié)合方式進(jìn)行注漿充填，長(zhǎng)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(zhì)量比為1∶1 的美固364 混合液體進(jìn)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(jìn)行全斷面注漿，采用規(guī)格Φ22 mm×2 400 mm、Φ22 mm×3 600 mm 中空注漿錨桿進(jìn)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(jiàn)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(yán)重段未進(jìn)行修整時(shí)，巷道斷面變形嚴(yán)重，無(wú)法滿足現(xiàn)場(chǎng)使用需要，具體現(xiàn)場(chǎng)圖見(jiàn)圖2-1。對(duì)巷道進(jìn)行修整后，巷道斷面得以恢復(fù)，圍巖穩(wěn)定性以及自身承載能力得以顯著提升，具體修整后巷道現(xiàn)場(chǎng)圖見(jiàn)圖2-2。

圖2 修整前后巷道現(xiàn)場(chǎng)圖

在巷道圍巖變形嚴(yán)重段布置測(cè)站，對(duì)巷幫以及頂板變形量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，整個(gè)監(jiān)測(cè)周期為120 d，具體監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖3 所示。從圖中看出，頂板、巷幫變形集中在對(duì)巷道進(jìn)行注漿加固后的20 d 時(shí)間內(nèi)，頂板變形量達(dá)到60 mm、速度平均為3 mm/d，巷幫變形量達(dá)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(wěn)定，最終至監(jiān)測(cè)結(jié)束時(shí)，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(nèi)。

圖3 圍巖變形量變化曲線

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)礦井南翼運(yùn)輸大巷圍巖變形破壞原因進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)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(hù)方案不利導(dǎo)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(guò)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(qiáng)度以及穩(wěn)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(yùn)輸、行人以及通風(fēng)需要。