大斷面破碎圍巖回采巷道支護技術應用

邵國飛

（山煤國際蒲縣豹子溝煤業有限公司，山西 臨汾 041204）

1 工程概況

豹子溝煤業有限公司設計生產能力0.9 Mt/a，主采9+10+11 煤層，煤層厚度3.53～7.37 m，平均5.47 m。該三層煤距離較近，采用綜合機械化綜放集中開采。頂板以泥巖、中砂巖為主，厚度約11 m；底板為性脆的泥巖、砂巖，平均厚度為9 m。二采區首采工作面2101 運順巷道和回風巷道斷面相同，均為矩形，高3400 mm，寬5400 mm，斷面為18.36 m2，為大斷面煤巷。原始設計支護參數為錨網支護，錨桿采用Φ20 mm×2200 mm螺紋鋼，間、排距分別為1.2 m、1.0 m，錨索采用Φ21.6 mm 的鋼絞線，排距為2.0 m，回采巷道兩幫采用圓形錨桿，參數為Φ20 mm×1800 mm，間、排距分別為1.2 m、1.0 m。由于受斷層影響，局部圍巖破碎，部分回采巷道支護失效，頂板和兩幫移動變形量較大，分別超過620 mm、520 mm，對工作面正常安全高效生產產生很大隱患。

2 支護優化方案的確定

巷道圍巖由于巷道開挖造成圍巖應力集中，超過巖體本身強度時發生破壞，應力向深部轉移[1]，如果巷道本身存在斷層時，圍巖本身強度大大減弱，巷道開挖時應力對圍巖造成二次破壞，圍巖一般破碎嚴重。圍巖支護技術一般可采用錨桿錨索支護、棚式支架支護和注漿加固支護等[2-3]。

錨桿錨索支護應用比較廣泛，主要是針對新掘巷道采取的支護措施，該方法可提供一定程度的預緊力，通過主動支護控制圍巖裂隙發育，同時，錨桿錨索與圍巖可形成次生的承載結構，發揮圍巖強度本身的承載能力，進一步防止圍巖出現擴容破壞。但對于已經破碎的圍巖，可錨性極差，無法大面積控制圍巖成為整體承載結構，支護效果不佳。棚式支架支護通常與金屬網支護相配合解決圍巖破碎問題，可有效防止破碎圍巖尤其是頂板的突然冒落。但棚式支護屬于被動支護，無法借助圍巖本身承載能力進行支護，且不適用于兩幫變形條件。注漿加固技術一般用于破碎圍巖，是將漿液通過破碎圍巖裂隙滲入圍巖中，凝固后圍巖裂隙消失且將破碎圍巖恢復成連續結構，使圍巖本身承載更多載荷。注漿改變了圍巖內部結構，使圍巖強度有所恢復，同時阻止圍巖裂隙發育，使圍巖整體具有更好的可錨性[4-5]。

通過三種圍巖支護技術對比，結合現場圍巖破碎的實際情況，提出“注漿+錨索”聯合支護技術。注漿加固采用水泥基無機注漿材料，局部特別破碎的巷道配合化學改性的水泥漿液，即：在正常情況下采用的注漿材料為525#普通硅酸鹽水泥配合XPM 添加劑制備素水泥漿，局部出現漏漿液時壓注水泥-水玻璃雙漿液。

3 優化支護設計

結合回采巷道實際情況，局部出現斷層引起的圍巖破碎，破碎圍巖支護設計為：先采用化學注漿對頂板、兩幫進行加固，后進行注漿錨索加固。具體加固步驟如下：

（1）水泥淺孔注漿加固。回采巷道兩幫、頂板進行成排式水泥淺孔注漿，頂板注漿孔成矩形排列，間距不大于1500 mm，兩幫注漿鉆孔呈五花狀布置，排距1300 mm。頂板和兩幫頂底角采用ZYJ-270/180 架柱式液壓回轉鉆機進行打孔，鉆頭直徑為Φ42 mm，打孔深度2500 mm，兩幫采用ZQS-65/2.5 防突鉆機進行打孔，鉆頭直徑Φ44 mm，孔深2500 mm。采用水泥漿、水泥水玻璃雙液漿材料，注漿壓力1～3 MPa。

（2）化學改性水泥加固。該注漿孔呈矩形排列，排、間距均為2000 mm，采用ZYJ-270/180 架柱式液壓回轉鉆機進行打孔，鉆頭直徑Φ42 mm，打孔深度4000 mm，注漿壓力4～6 MPa。

（3）預應力全長注漿錨索支護。采用Φ22-1×19-5300 mm 注漿錨索，間、排距分別為2200 mm、1500 mm，使用ZQS-50/1.6 錨桿鉆機打孔，鉆頭直徑Φ30 mm，孔深5000 mm。錨固方式采用樹脂端部錨固，錨固長度1970 mm，其余用水泥漿進行錨固。錨索預緊力不低于200 kN，注漿壓力2～3 MPa。

具體施工工藝如下：① 幫頂水泥注漿施工工藝。標記鉆孔的具體位置→架設需要的鉆機，調整合適的角度→打孔→鉆孔完畢，退出鉆桿、鉆頭→進行壓風排渣→外徑20 mm 的硬質塑料射漿管，插入6分孔口管無螺紋端→射漿管和孔口管插入鉆孔→孔口管螺紋端外露直徑為150 mm →水泥漿、棉紗進行封孔→24 h 后→安裝孔口截止閥→連接相應的注漿系統→制備水泥漿→打開泵注漿→注漿至終壓穩定10 min →停泵，關閉孔口閥門→拆除對應的注漿系統，移至下一個注漿孔作業，單孔注漿結束。②幫部化學改性水泥施工工藝。標記鉆孔的具體位置→打孔至設計的孔深→鉆孔施工完畢，退出鉆桿、鉆頭→壓風排渣→連接封孔器、孔口管和注漿系統→封孔器插入鉆孔封孔位置→開泵，封孔并注漿→注漿至終壓或單孔注漿量達到100 kg →停泵→拆除孔口管及相應的注漿系統→移至下一個注漿孔，單孔注漿作業結束。

4 工業性試驗

回采巷道加固位置為750～850 m 處，共100 m，采用鉆孔窺視儀對注漿加固巷道進行窺視，對未注漿加固的圍巖和注漿加固的圍巖分別窺視3 組，如圖1。窺視結果為：未注漿加固的圍巖鉆孔周圍存在大量裂隙，打鉆施工期間存在塌孔現象；注漿加固的圍巖打孔施工正常，水泥漿充填到圍巖裂隙，圍巖裂隙明顯減少，甚至消失，圍巖完整性改善明顯[6]。

圖1 5#孔窺視結果圖

對兩幫和頂板離層情況進行了礦壓觀察，通過觀測可知，兩幫相對移近量4 個測站的結果最大值為54 mm，與注漿前頂兩幫相對移近量1250 mm 相比，圍巖變形大幅下降；3 個頂板離層儀最大離層結果為19 mm，與未注漿頂板相對移近量700 mm相比也大幅下降。結果如圖2、圖3。

圖2 兩幫相對移近量監測結果

圖3 頂板離層監測結果

5 結語

針對豹子礦大斷面破碎圍巖支護困難等問題，通過圍巖支護技術對比和現場條件研究，選擇“注漿+錨索”聯合支護技術進行現場應用。應用結果顯示，兩幫相對移近量最大值54 mm，離層最大位移19 mm，支護效果明顯，滿足安全高效生產需要。