注浆工艺在平煤六矿暗轨猴车联络巷的应用

赵广金 等

摘要： 平顶山矿区是我国地质条件复杂的矿区之一。受围岩破碎、软岩流变等地质条件的影响，平煤股份六矿三水平暗轨猴车联络巷位于为软岩巷道，围岩松散破碎，围岩主要以泥岩、砂质泥岩为主，为满足矿井发展需要三水平暗轨猴车道进行底板注浆。在分析了巷道岩性的基础上，提出了注浆管初注和内注式锚杆二次注浆施工方案，并进行了实地试验。

Abstract： Pingdingshan Coal Mine is one of China's complex geological conditions. Affected by the broken country rock， soft rock

rheology and geological conditions， six mine in Pingdingshan shares three-level dark rail-monkey car contact lane belong to soft rock

tunnel， and the surrounding rock is broken and loose， country rock gives priority to mudstone， sandy mudstone. To meet the development of mine， we need to conduct bottom grouting to three-level dark rail-monkey car contact lane. Based on the analysis of roadway lithology， grouting pipe early injection and injection anchor secondary grouting construction program was proposed， and field trial was carried out.

关键词： 软岩；底鼓；注浆工艺；注浆管；内注式锚杆

Key words： soft rock；kick drum；grouting process；grouting pipe；inner grunting anchor

中图分类号：TD82-9 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）03-0029-02

1 工程概况

底鼓是巷道破坏的主要形式。本文针对平煤股份六矿三水平暗轨猴车联络巷围岩条件巷道底鼓难以控制的问题，提出了注浆管初注和内注式锚杆二次注浆施工方案，开发出包括注浆管、双液风动注浆泵、底板内注式锚杆在内的软岩巷道注浆加固的整套注浆用具，充分发挥了预防巷道底鼓的主动性及整体效能，实现两次注浆就能有效控制围岩变形与破坏，避免巷道的二次支护和返修，从而实现了软岩巷道防治底鼓技术的突破。

三水平暗轨猴车联络巷是通往三水平的重要通风及运输巷道，服务年限较长，巷道宽度4200mm，高度3200mm，为架棚支护。巷道距地表埋深649m，巷道层位岩石多为砂质泥岩，西翼为三水平戊二皮上，东翼为三水平戊二专回，多数为砂质泥岩，伴有少数岩质泥岩，巷道平均倾角为9°。巷道两帮大量变形，底鼓严重，每年落底4～5次，每次落底量在500mm左右。巷道底鼓成为制约三水平行人运输的瓶颈。

2 巷道底鼓的原因及影响因素

2.1 底板岩性 底板岩层的结构状态、软弱程度及软弱岩层的厚度直接决定着巷道底板发生底鼓的大小及底鼓形态。当底板位于坚硬的砂岩或灰岩中时，一般处于稳定状态，通常不会发生底鼓；而当底板位于软弱的泥岩、页岩或断层破碎带中时，由于岩体强度低、吸水率高、裂隙发育，其自身稳定性和承载能力较差，在地应力作用下极易产生底鼓，造成底板失稳破坏。据实验表明：在以泥岩和砂质泥岩为主、层理裂隙发育且有小断层影响的巷道地段的底鼓量，要比位于灰色细砂岩地段的底鼓量高3～4倍。

2.2 岩层应力 地下工程的开挖破坏了原有的应力平衡状态引起了围岩应力重新分布，巷道围岩所受应力状态则是影响底板起鼓的决定性因素。岩层应力达到一定的条件时，底板岩层由于不能承受过大的应力作用而破坏底鼓。一般而言，巷道越深，岩层应力越大，底鼓越严重。

2.3 水理作用 ①底板含水会减小岩层节理以及节理与裂隙间的摩擦力，形成岩层滑移面，致使致密岩层分成薄层，岩体结构变松散，岩体强度减弱，在地层应力作用下，底板易发生底鼓。②岩体一般都具有一定的吸水率，长期接触水后会加速岩石的软化度，降低岩层的强度。实验表明：粘土页岩饱含水时，单向抗压强度会降低62%～85%；花岗岩饱含水时，单向抗压强度会降低3%～5%；由于水的影响，使底板松软和裂隙发育的变形速度较无水时增加6倍以上。③巷道底板为含有蒙脱石、高岭石、伊利石等膨胀性粘土矿物时，由于浸水而会发生岩层泥化、崩解、破裂现象，降低岩体强度，最终导致底板岩层的碎胀和膨胀性破坏。

2.4 巷道断面形状 地下工程开挖中为有效利用空间，巷道断面通常采用梯形或直墙拱形等形状，由于底板不能形成稳定的拱形结构使得底鼓量加大，据研究测试结果表明：在相同条件下，直墙半圆拱巷道的底鼓量比圆形巷道的底鼓量大1/3。

治理巷道底鼓的方法底鼓的防治包括两个方面：其一是预防，即在巷道产生显著底鼓之前，采取一些措施以阻止底鼓的发生或延迟底鼓发生的时间；其二是治理，即巷道产生显著底鼓后采取一些措施控制底鼓的连续发展。

3 底鼓控制技术的确定

根据上述对该巷道底鼓原因分析，针对三水平暗轨猴车联络巷岩体破碎软弱、具有持续变形的特点，提出解决问题的关键是在科学控制巷道流变机理基础上，选择好正确的技术路线、采用创新的注浆技术和确定合理的注浆参数。最终决定在巷道注浆工程中，分为运用1寸注浆管“三花眼”布置初注和￠22内注式锚杆与初次注浆位置错开仍按“三花眼”进行二次注浆，最终二者相互交叉的方案对三水平暗轨猴车联络巷进行注浆布置，有效地控制巷道底板的鼓起，确保巷道的稳定，通过注浆加固，提高围岩的整体性和自身的承载能力，使整个加固的岩体能有效地同架棚支护形成一个整体，进而控制巷道较大变形。

4 注浆技术的应用

4.1 施工工艺 施工准备→钻孔→安装注浆管→开泵注浆→观察注浆情况→停止注浆→关闭注浆导管阀门→拆除注浆泵与导管连接装置→安装注浆管盖板→清洗设备。

4.2 施工用具参数及步骤 首先对工作地点拉底，至稳定岩层，使用风锚头打眼，注浆采用42.5级水泥，水灰比为1：0.7，并按水泥重量掺入3%～5%的水玻璃。注浆管长1500mm。采用1寸钢管和￠22mm内注式锚杆，注浆管加工为车丝20#×100mm丝口，前700mm处钻8mm十字架1个孔。700mm后每300mm1个孔。注浆锚杆长度为2000mm和1500mm。注浆使用双液风动注浆泵，型号：2ZBSB3-0.5/10-15。

①注浆孔布置：a、间排距2000×3000mm，中间打三花眼；

b、初次注浆时采用风钻或浅孔锤进行钻孔，底板以3孔布置。钻孔布置：根据巷道底板轮廓分配；巷道中心布置一个浅钻孔（孔深为2m）垂直向下，中心钻孔向两边各500mm布置一个深钻孔（孔深为3m），钻孔根据巷道底板轮廓线成30°～40°夹角向下打，使用1500mm的1寸注浆管进行注浆；二次注浆孔布置与初次注浆孔位置错开，仍按三花布置；两边孔沿巷道中心两边布置，间距1.5m，孔深3m，45°左右下扎，保证超出轮廓线500mm，如巷道较宽达不到要求时，在巷道棚子柱脚位置补打注浆孔。中孔尽可能地垂直底板，不能保证垂直底板时，要求不能低于70°下扎，孔深3m，并打入硬岩，使注浆加固圈形成倒拱形，提高抗底鼓能力。二次注浆中孔采用￠22×1500mm、边孔采用￠22×2000mm内注锚杆，并加装止浆塞，杆体500mm间距“十”字形打设6mm的出浆孔。如图2所示。②其他要求a、压力表达到2.5MP～3MP，方认为压力合格，停注浆机，然后打开卸压阀，阀门不准对人，以免伤人，待压力表下降接近零位附近，方可快速接头换孔。b、封孔采用瓦斯抽放封孔剂封孔，封孔必须严实。c、注浆管以及注浆锚杆杆体必须埋入底板，不得外露。

5 结论

本文通过数值计算分析巷道底鼓的位移规律，以及煤矿现场采用锚注技术加固巷道底板的分析，得到几点启示：①预应力注浆锚杆联合加固底板技术是一种将现代注浆加固技术与锚杆支护技术有机结合在一起的新型加固支护技术，保证了锚杆的主动支护，而采用化学注浆的方法将注浆材料压注到破碎岩体中，又人为地改善了松软破碎岩体的物理力学性能，从而保证底板的坚固程度。②现场采用锚注技术加固底板，在注浆基础上给底板一定预应力，现场底鼓得到很好控制，采取底板注浆后，底鼓量从770mm变为260mm，底鼓量比加固前减少70%，底鼓不仅仅使巷道底板的破坏，也会导致顶板和两帮的整体结构的破坏，深部高应力巷道底鼓治理应走帮、顶、底同步治理，重点底板结构加固的道路。③巷道防治底鼓的技术，有效地控制底板变形，增强注浆效果，降低扩修投入，提高了矿井经济效益，为矿井高效安全生产提供了可靠的技术手段。

参考文献：

[1]东兆星，吴士良.井巷工程[M].徐州：中国矿业大学出版社，2003.1.

[2]韩国将，张久锋，肖立强.松软破碎岩层巷道底鼓控制技术[J].能源技术与管理，2010（02）.

[3]孙顺利，杨殿，王贵成.煤矿区资源循环利用的产业链构建探讨[J].价值工程，2007（03）.