软岩巷道冒顶区加固技术方案的探讨

解子文，王永明

（1.山西天地王坡煤业有限公司，山西 晋城 048021；2.天地科技股份有限公司，北京 100013）

软岩巷道冒顶区加固技术方案的探讨

解子文1，王永明2

（1.山西天地王坡煤业有限公司，山西 晋城 048021；2.天地科技股份有限公司，北京 100013）

准格尔旗某矿6号煤层一掘进巷道段冒顶、片帮且巷道围岩泥化不能自稳，严重影响了矿井的正常生产。通过对该巷道冒顶区现状进行了分析，提出了先使用马丽散加固冒顶区及后部巷道围岩，再使用罗克休充填冒空区的一个新思路，并对巷道加固支护参数进行了科学设计。

巷道修复；注浆；加固；冒顶

内蒙古准格尔旗某煤矿主采煤层6号煤层位于太原组上部，全区可采，煤层厚度变化在0.26～19.24 m，平均厚度 11.20 m，埋深 122.91～201.9 m，6号煤层属复杂结构煤层，夹矸较多，平均夹矸层数11层，夹矸总厚度2～4m；夹矸主要为粘土岩、砂质粘土岩，泥岩及炭泥岩。煤层结构尤以顶部最为复杂，区内6号煤层顶板岩层大部分为泥岩、粘土岩，砂岩仅占9%且裂隙较为发育，6号煤层底板泥岩、粘土岩占87%，岩体强度较低，易发生显著变形。

掘进巷道为6号煤辅运巷，位于6号煤层中，断面为矩形，宽5.4m，高度3.8m，锚网喷支护，锚杆使用φ18左旋螺纹锚杆，锚杆长2 m，顶、帮部锚杆间排距1 m，该巷道掘进迎头在其他巷道前方，超前99m，在掘进至580m处突遇顶板变软情况，根据现场情况及时加工了锚梯梁，使用锚梯梁锚索加强支护，掘进约10 m后顶板及两帮岩层软化加重，锚杆锚索失效，及时改变支护方式，采用架棚支护，选用11号矿用工字钢架棚，架棚掘进至627 m处发生冒顶，推倒压弯钢棚5架，冒落矸石极其破碎且有棱角，覆盖了整个巷道断面，无法正常掘进，为防止倒棚的进一步发展，使用木跺和点柱对钢棚进行了临时加固。

1 冒顶区巷道修复加固技术

1.1 冒顶区处理方案选择

根据现场情况，巷道围岩软弱，顶底板为强度较低的泥岩，遇水泥化，巷道顶板不稳定，随时都有再次冒落的危险，采用锚网喷支护，巷道围岩较为破碎，同时在地质构造、水等因素的影响下，锚杆施工质量无法保证，施工安全性也无法保证，采用金属支架木垛法时，施工过程中易再次发生冒顶，因此采用传统的方法处理冒顶事故显然具有很大的危险性，采用新技术新材料马丽散和罗克休对加固充填高冒区是能很好的发挥其优势的。

1.2 马丽散加固巷道机理

马丽散是一种双组分合成高分子聚亚胺胶脂材料，具有低黏度、渗透性好、黏合能力强、反应迅速、具有较好的柔韧性能承受随后的地层变形，主要用于破碎顶板加固和堵水等工程施工，马丽散的作用原理是通过高压灌注时，树脂和催化剂混合物渗透到岩体细小裂缝中，粘结并膨胀形成多元网状密弹性体，封闭黏合围岩松动圈的裂隙，使冒落区松散岩石粘结在一起，提高围岩的整体承载力，从而能有效的控制巷道顶板。在不含水煤岩层中注射马丽散时其膨胀倍数为2～4倍，成品抗压强度达25～38MPa；马丽散遇水发生关联反应其膨胀倍数可达20～25倍，成品抗压强度为15～25MPa。马丽散固化反应快，0.5 h内可达到设计强度；且使用时操作简便。

1.3 罗克休泡沫性能

罗克休泡沫由树脂和强催化剂两种成分组成。泡沫反应迅速，常温下20～30 s即可反应完毕，且具有高膨胀性，膨胀后体积为原体积的25～30倍，硬化时间短，20 min后抗压强度可达0.2 MPa左右，具有较好的抗水性能，能够很好地充填冒顶空间，形成对冒顶区上部破碎岩体的控制，临时阻止巷道围岩的运动。

2 冒落区施工方案布置及参数选择

2.1 注浆加固充填顺序

由于冒顶区域巷道围岩松软，支架与临时点柱支护控制有限，为防治二次冒顶及冒顶后应力转移，致使本就顶板破碎的后部巷道维护困难，因此采用先对后部巷道进行套棚处理，再注射马丽散加固围岩，由后向前逐步推进，保障冒顶区后部巷道稳定，为处理冒顶提供安全工作空间。对冒空区围岩加固后使用罗克休泡沫充填，进一步阻止围岩运动。

2.2 注浆加固处理部位

冒顶前方冒空，掘进工作面处钢棚被推倒压弯，顶板压力后移，多处钢棚处于不稳定状态，在冒顶区域施工十分危险，由冒顶区后退20 m，在巷道顶板、两帮钻孔注射马丽散，由后部巷道向前逐步加固，在马丽散的作用下，后部围岩的强度增加，形成整体后，对冒空区围岩注射马丽散，使支架上部松散岩体粘结成一体，然后使用罗克休进行冒空区充填。注浆加固处理部位见图1。

图1 注浆位置示意图

2.3 注浆参数

首先使用马丽散加固处理后部巷道，采用φ38.5 mm的焊接管作为注浆管，其上钻φ10～φ12 mm的孔，顶板注浆孔间距1.5 m，孔深根据顶板裂隙情况，一般5～6m，两帮肩窝下1.5 m处各布置注浆孔，外摆角度20°，上仰角3～5°，深度3～4m，树脂与催化剂的配合体积比1∶1。终孔注浆压力不应小于2MPa。注浆参数示意见图2。

冒空区的处理，采取先加固后充填的原则，冒空区加固处理时，注浆孔深度根据实际情况钻取，首先对冒落区边缘与钢棚间破碎岩体控制，防止其二次垮落，使用马丽散进行加固使之形成整体，与上覆岩层胶合，对冒空区上部岩层进行注射马丽散进行预加固，根据冒空大小进行注射充填罗克休，注浆管的长度根据空顶高度确定，其长度大于空顶高度的1/3，但排气管要达到冒顶区的最高点，注罗克休时，树脂和强催化剂以4∶1的比例混合，注射体积可根据估计冒空体积的1/25计算，注射罗克休顺序为至下而上。

图2 后部巷道注浆加固示意图

2.4 冒顶区巷道的再掘进与初次支护

冒顶区注浆加固充填后，采用撞楔法把冒顶矸石控制住，从巷道两侧清除矸石，且边清除边管理两帮，顶帮维护好以后，可架设钢棚。然后进行超前注浆，预注浆加固一段后开始人工掘进。掘进循环进尺要小，一般每个循环0.5 m，掘进后及时喷浆封闭围岩，初喷厚度40～50mm；之后铺网和架设金属钢棚。

2.5 注浆施工工艺及流程

注射马丽散和罗克休树脂施工工艺：打眼→埋设注浆管→用高压胶管连接注射枪和注浆泵→将注浆泵的两根吸管分别插入装有树脂和催化剂的桶内→开泵注浆→冲洗机具→停泵→拆卸注射枪。注浆施工工艺及流程见图3，马丽散注浆顺序为至上而下，罗克休顺序为至下而上。

图3 注浆设备施工示意图

3 结语

实践证明，马丽散修复加固巷道、罗克休树脂泡沫充填高冒区，是一种安全、快速、便利的化学加固、充填冒顶区技术[3～5]。应用该技术，能及时地加固巷道防止围岩进一步弱化、冒落，提高冒顶区围岩的稳定性，同时提高了冒顶区处理的安全性，此项技术对准格尔旗煤田易片帮漏顶的6号煤层巷道掘进支护具有一定的参考借鉴意义。

[1]陈炎光,陆士良.中国煤矿巷道围岩控制[M].徐州：中国矿业大学出版社，1994.

[2]何满潮.中国煤矿软岩巷道支护理论与实践[M].徐州：中国矿业大学出版社,1996.

[3]杨永强,樊鸿,张盛.马丽散注浆材料在东庞煤矿加固破碎顶板中的应用[J].煤炭工程,2009（9）:26-27.

[4]卞正荣,邢敦爱,杨小铁.用罗克休、马丽散充填加固技术处理巷道冒顶[J].煤炭科技,2009（1）:71-72.

[5]刘承明.工作面预注浆法处理巷道冒顶施工技术[J].现代矿业,2009（12）:88-90.

Discussion on Reinforcement Scheme of Roof-falling Areas in Soft Rock Roadway in Shallow Seams

Xie Zi-wen1,WANG Yong-ming2
（1.Shanxi Tiandi Wangpo Coal Co.,Jincheng Shanxi 048021,China;2.Tiandi Technology Co.Ltd.,Beijing 100013,China）

In No.6 coal seam of some mine,Jungar Banner,roof and sides falling happened,and surrounding rock changed into mud and lost the stability,which threatened the production.The paper analyzes the roof falling situation of the roadway and presents a new method:using Marithan reinforcement to roof-falling area and surrounding rock at first and then Rocsil Foam filling.The reinforcement parameters are also designed.

roadway restoring;grouting;reinforcement;roof falling

TD353+.6

A

1672-5050（2010）08-0061-03

2010-05-24

解子文（1967—），男，山西长子人，大学本科，工程师，从事采煤技术研究及管理工作。

徐树文