偃龙矿区三软煤层巷道底板注浆新型支护技术研究

张建伟　孙子干

摘要：永华公司嵩山煤矿井田地形较平坦，属山丘与平原地区之间的丘陵地，地势大致是南高北低、东高西低。矿井煤层较软，顶底板均为灰质泥岩和砂质泥岩，地压大，煤层巷道维护很困难。现有的开拓、准备及回风巷道，一般都采用锚喷支护。文章通过对巷道岩层变化、顶底板压力分析对原支护方式进行综合分析，并研究了采用巷道底板进行底板注浆，巷道两帮设置泄压槽，底板防水治理技术进行新的支护。

关键词：底鼓；底板注浆；泄压槽；防水治理；底板注浆新型支护原理；锚喷支护

中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）10-0129-02

1 工程概况

嵩山煤矿2203胶带岩石集中巷地面位置位于雷坡村以北300m下。区内地形平缓，呈南东高、北西低趋势，地面标高为+347.6～+358.0m，地表均为第四纪黄土层覆盖。地面除沟渠、田间小路外，其余均为农田。本区岩（煤）层位于嵩山背斜北翼，为单一缓倾斜构造，走向近东西，倾向北，倾角9°～20°，平均15°；巷道设计沿L7灰岩掘进，局部有摺曲或断层。煤层结构简单，局部含一层夹矸。岩（煤）层普氏硬度系数1～8。2203胶带巷设计沿L7灰岩掘进，采用锚网喷支护。由于巷道围岩压力大，巷道内经常出现变形或底鼓现象，为此经矿领导安排，在2203胶带巷后巷进行底板注浆加固施工。

2 对巷道底板底鼓原因进行分析

2.1 巷道地质变化引起应力重新分布

巷道在掘进过程中，巷道断面岩层性质发生变化，应力重新分布，底板岩体为砂质泥岩，岩体强度降低、节理裂隙较为发育，底板强度低，巷道顶板、两帮压力较大，应力通过底板释放导致底板鼓起。

2.2 锚网喷支护效果不佳

由于两帮岩体性质发生变化，上帮裂隙较为发育在打设帮锚过程中经常发生卡钻、钻孔堵塞；锚杆注不到设计位置，锚杆间距、角度都不能按照设计打设；岩体裂隙发育夹杂裂隙水导致锚固剂凝固效果不理想。两帮抗压强度变小，底板收受压力增大一定程度上会造成巷道底鼓。

2.3 围岩裂隙发育，主动性支护方式单一

巷道岩性受构造裂隙发育影响原有锚网喷支护方式不能起到很好的支护作用，岩石自身的主动防御性降低。当迎头光面爆破结束后，巷道掘进完成后，围岩应力超过该段岩层岩体的屈服强度时，软弱的塑性物质就会沿着最大应力梯度方向向消除阻力的自由面空间挤出。产生塑性挤出的围岩主要是有裂隙发育、固结程度低的砂质泥岩、泥灰岩等软弱岩体，当巷道处于这些岩层中时就会产生底鼓现象。

2.4 巷道涌水量加大，底板受水浸泡膨胀底鼓二1煤层底板直接充水含水层曾发生过遇断层和裂隙发生突水的情况

通过试验得知：未浸水前有微纹和完整的细粒砂岩、中粒砂岩和粉砂岩，浸水后一般无变化或无明显变化。未浸水前有个别碎裂的砂质泥岩，浸水1小时后，手触即可裂开；未浸水前完整的砂质泥岩，浸水后无变化；浸水前具裂纹的砂质泥岩，浸水20分钟后，具裂纹线明显，沿裂隙个别处裂开，浸水5小时后，岩石完全裂开，手触即散落或者手触裂开。部分巷道煤层底板为砂质泥岩，松软，浸水后岩石开裂严重，底板抗压强度降低，巷道底板底鼓严重。

3 底板注浆支护解决巷道底鼓的可行性分析

3.1 根据巷道围岩内部松动圈和该巷道围岩的物理力学参数

根据收集的巷道资料整理分析得到岩性状况，巷道裂隙发育时，岩性基本上是砂质泥岩，此时岩石整体强度降低，遇风片帮严重，见水易开裂，底板抗压强度降低；若仅采用锚网喷方式进行支护，从理论和实践上都不能起到有效作用。如图1所示：

3.2 底板注浆新型支护原理

3.2.1 底板泄压。对底鼓较严重地段进行初次拉低，拉低达到设计深度后即可，每隔20m在巷道两帮设置泄压槽一个（500mm见方即可）。通过初次泄压可以使巷道底板应力重新分布，设置的泄压槽可以将应力集中起来避免整体巷道的底鼓。如图2所示：

3.2.2 底板深孔注浆。注浆将裂隙发育的岩层进行密封和胶结，增加了岩石的整体性，用底板深孔注浆，注浆眼在10m左右，对顶板、底板进行加固，使其成为一体，提高围岩的强度和自身承载结构，保持巷道成型稳定，底板和帮顶支撑结构产生协调作用，基本上抑制住巷道底板和顶板变形（底板注浆和未进行底板注浆的巷道相比，巷道底鼓量降低90%）。

3.2.3 对涌水量较大的巷道进行底板防治水处理。利用注浆泵压入石灰水，石灰与水相结合产生氢氧化钙，吸收周围水分，氢氧化钙与二氧化碳形成碳酸钙，起胶结软弱岩层、开裂岩层作用。钙离子与岩石表面的阳离子进行离子交换，使水膜变薄脱水，增强岩石的强度和抗水性。

4 支护方案设计

4.1 各项支护设计参数

巷道底板注浆采用ZQJJ-200/1.8型气动架柱式钻机（简称：地锚机）造孔。注浆采用ZBQ-15/6型气动注浆泵。

底板注浆流程：地锚机开孔→钻进1.5m后下φ108mm孔口管（1m）→注浆固定套管→透孔后进至分层注浆加固→进至设计孔深（10m）→注浆、封孔（压力达到2MPa，根据现场实际情况无水可继续钻进）。

孔口管埋设后，用φ90mm冲击器扫孔，并分层钻进至10m，注入单液水泥浆（水灰重量比为1∶0.5～0.8）注浆期间发现底鼓停止注浆。加固套管时可用水泥、水玻璃双液浆，正常注浆时必须是单液水泥浆。水泥采用PO32.5普通硅酸水泥。

4.2 现场底板注浆新型支护效果分析

巷道底板注浆新型支护方式，从根本上治理了巷道底鼓支护难的问题。有效抑制住底鼓快、底鼓量大，使巷道成型得到有效控制，减少返修工程增加功效，很大程度上增加了现场施工安全程度。

5 结语

（1）巷道底板注浆新型支护方式攻克了偃龙矿区三软煤层巷道底鼓问题，对于原岩应力大、构造应力强的巷道，岩石裂隙发育，采用传统的支护方式已经不能有效承载巷道围岩压力，控制巷道底鼓。新型支护方式可以既经济又有效地解决巷道底鼓问题。

（2）三软煤层巷道支护过程中，不仅要对顶板、两帮支护进行加固同时也要对底板进行处理。无支护的巷道底板往往成为巷道变形、顶板浆皮开裂的突破口。通过底板深孔注浆，对底板软岩进行加固有效抑制住底板鼓起，形成立体式支护。

（3）巷道底板加固注浆后，巷道底板涌水量由20～40m3/h，降至1m3/h以下。充分说明通过底板注浆可以对巷道底板涌水有了较好的改善，有效解决了三软煤层因岩石浸水底鼓的现象。

（4）巷道底板注浆新型支护方式操作简便，施工起来较方便，机械化程度高、经济利润高。

参考文献

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作者简介：张建伟（1975-），男，山东东明人，河南煤化集团永华公司嵩山煤矿机电工程师，注册安全工程师，研究方向：机电技术管理；孙子干（1990-），男，河南永城人，河南煤化集团永华公司嵩山煤矿技术员，研究方向：煤矿开拓掘进相关技术和管理。

（责任编辑：吴 涛）