大巷注浆加固技术的优化研究

史政浩

(山西汾西瑞泰能源集团有限责任公司，山西 左权 032600)

·技术经验·

大巷注浆加固技术的优化研究

史政浩

(山西汾西瑞泰能源集团有限责任公司，山西 左权 032600)

针对某矿五采车场段水平南翼大巷的特征,通过对巷道变形破坏的观察，判别出原支护方式和修复扩刷后巷道破坏的影响因素，得到了以增加围岩的自承能力为出发点的基本结论。提出采动影响下的破碎松软巷道采用“U型钢组合锚注的可缩性金属支架联合支护方案并结合关键部位锚杆加强支护”，巷道返修频率较高的问题得以有效的解决。

巷道变形；采动影响；锚注；联合支护

1 工作面地质概述

某矿五采车场段的水平南翼大巷，所处海拔965～1 100 m，煤层的基本顶和直接顶分别为砂质泥岩和黑色泥岩。巷道通过砌碹、锚杆进行联合支护，高3.4 m，宽4.3 m. 巷道的450～600 m处发生严重的变形收缩破坏，该处距离车场下料处180 m. 在收缩变形的过程中，碹体无法进行正常的工作。20世纪末，该处已通过使用U-29型棚进行翻修，随着时间推进，变形破坏更加严重。随后通过锚索网进行二次修补处理，截止目前，U-29型棚的破损程度达到了一半，尾部受压弯曲严重，同时，巷帮的收缩比率日趋严重，达到了30%，收缩至3.1～3.9 m的宽度，仅仅能满足单轨运输的要求，而该巷道为80914工作面辅助水平运输主干线。利用上述传统巷修技术，在岩体大面积松动条件下修护效果并不明显，巷道面临报废、无法整修的危险，且80914工作面的正常运输会受到不同程度的影响，严重制约着该矿生产效率的提升。故在该类巷道的完善、补充、修复、加固、翻修等方法上需要重新评定，综合考虑。

2 巷道变形破坏特点和破坏原因分析

2.1 巷道的变形及破坏的观测

对五采车场段的水平南翼大巷顶部通过钻孔窥视仪进行现场观测，观测重点放在巷道变形量最大处，在该位置放置原位测试孔，同时对其进行测定。钻孔的测点位置分别布置在试验巷道的顶板处，钻孔窥视仪测试结果见图1.

图1 巷道顶板钻孔内围岩破坏情况图

由图1可以看出，在围岩应力及采动影响下，巷道围岩内部遭到破坏。由于该巷道最初支护形式为砌碹支护，属于被动支护且所提供的支护力很小，导致巷道破坏严重。在巷道表层到2.4 m处围岩破坏最严重，随着钻孔深度的增加，围岩破坏程度减弱，在2.8～3.5 m围岩破坏程度较为严重，此处存在结构面，但随钻孔深度的继续增加到4.0 m，围岩完整性良好。根据窥视结果确定该处巷道围岩松动圈的范围约为3.5 m.

2.2 巷道的变形破坏原因分析

巷道变形破坏是由岩性、围岩裂隙发育、地应力、支护结构、构造应力等多方面因素共同作用的结果。

1) 软岩的高应力作用，使得围岩的破坏特性在巷道使用中不断显现，应力的周期冲击使得围岩的稳定性较差，顶板离层和底鼓现象严重。

2) 结构面承受的荷载超出范围限制时，不可避免地会导致支护结构因变形而产生结构扭曲、应力集中点偏移。

3) 作为被动支护的一种形式，围岩特性和U型棚支护方式的匹配度低，随着松动圈范围的加大，高压围岩压力的冲击使得U型棚的收缩变形严重。

3 巷道支护参数的确定

根据对变形破坏机理和碎裂围岩控制机理的相关研究，提出了对该矿南翼运输大巷五采车场段的返修中实施“锚注+U型钢可缩性金属支架联合支护及关键部位锚杆加强支护”的技术方案，主要包括以下几个支护参数：

1) U型钢支架与喷网初次支护参数。

在支护过程中，由于该段巷道为返修巷道，局部区域可能顶板破坏严重，为了保证巷道断面的形状，尽管进行了扩帮、刷顶工作，但仍可能存在破碎区域。针对这种情况，可采用两种措施进行处理：对于可锚性较强的围岩，坚持以锚杆主动支护为基础，实施先锚后架的施工工艺。对于可锚性能低的围岩，“先架后锚”的施工工艺方式可有效避免这一情况的发生，采用U型钢，排距为800 mm.

2) 壁后充填与注浆加固参数。

通过短管的壁后充填工作，利用d26 mm×500 mm的短管和大于1 500 mm的孔深配合，规定其间排距的规格为1.2 m×1.6 m，基本按照1∶1的质量比例混合美固364，注浆压力为3～6 MPa.

3) 巷道全断面锚固与注浆加固参数。

滞后壁后注浆一定的距离(15～20 m)，通过钢螺纹布置隔排型锚杆。另外，内部布置注浆锚杆，前者锚杆和注浆锚杆间距均为1 200 mm，排距都为1 600 mm(见图2).

4) 底角注浆锚杆。

在距底板400 mm处与水平面成30°角打底角内注浆锚杆。

图2 巷道支护断面布置图

4 巷道支护施工工艺

巷道支护方案的施工工艺流程如下：

1) 拆除原U型棚支架，扩帮、刷顶完成之后开始进行U型棚的架设。

2) 在壁面上开凿钻孔后插入相应的注浆短管，新型美固364的加固材料均匀的喷洒至巷道周围，根据图3所示的布置方式，通过注浆短管开始浅部注浆。

图3 浅部注浆短管注浆后的巷道示意图

3) 浅部注浆工作完成后如图4所示进行深部钻孔开凿，开凿位置为各个浅部注浆管之间，孔的尺寸：孔直径42 mm，深度3.2 m. 把注浆锚杆插入孔中之后开始进行深部注浆工作；另外，底鼓现象的防治是通过采用规格为d25 mm×3 000 mm的注浆锚杆在底角位置处进行加固处理。

图4 深部注浆锚杆注浆后的巷道示意图

4) 滞后距离15～20 m的为深部注浆是相对安全的，根据注浆锚杆内部结构采用隔排布置方式，同时利用钢螺纹锚杆进行辅助支护。锚注加固支护材料见表1.

表1 锚注加固支护材料明细表

5) 施工中出现的问题：浆液可能从封口器和钻孔之间的间隙及围岩的裂隙中渗透和冒出；不彻底的冲洗程序容易造成堵管问题。

采取的措施：确定封口器埋设的深度是基于煤岩体裂隙发育的具体情况，通过清理埋设前位于封口器位置的注孔内的煤粉块，紧密结合孔壁与封口器膨胀情况进行修正。使用棉纱封堵少量从煤岩渗透出的浆液，如果漏出的浆液过多则需要进行重新打孔注浆工作。

5 巷道加固治理效果评价

5.1 巷道整修前后效果对比

该巷道的整修工作于2015年10月20日正式施工，截止至2016年2月20日，共完成200 m巷道的整修工作。大巷在整修前，巷道变形严重，已严重阻碍了该段巷道的正常使用，且严重威胁工作人员的人身安全，整修后，巷道断面得到了保证，且增加了整体的稳定性。

凸起和底鼓现象不明显，支架的受力关键部位无明显弯曲现象。综合得出巷道处于相对稳定的工作状态。巷道断面的收敛变形量维持在3%以内。同时，由现场的实验结果与数值模拟分析比较来看基本吻合。故在U型棚支护和锚注的组合支护过程中其基本的设计方案可以满足相应的软岩巷道破碎后修复治理的条件。

5.2 巷道整体变形监测效果分析

该矿根据设计方案进行了巷道的支护试验施工，试验区域设1#和2#两个断面变形测试点，用于监测巷道顶板下沉量以及两帮移近量的参数，各监测点监测结果见图5.

图5 巷道变形量监测结果曲线图

由图5可知：在最初的20 d内，平均顶板的下沉变形速率达到3.0 mm/d，两帮移近变形速率达到2 mm/d，两帮移近变形在第20天保持不变，当达到第40天时，巷道顶板下沉作用停止。根据图5显示的现场支护效果分析可知，该方案整体节约了成本，同时该支护方案针对巷道变形破坏优化作用显著，为该类巷道的支护设计以及支护施工均提供了指导。

6 结 语

在该矿的实验巷道中采用了“U型钢组合锚注的可缩性金属支架联合支护方案并结合关键部位锚杆加强支护”，通过现场监测可知：该支护方案提高了破碎区围岩体的内摩擦角ψ值以及内聚力C，增强围岩体强度的过程，可以达到充分利用围岩的自承能力，提高支架的支护性能，对提高围岩的自承能力以及整体性具有重要的作用。

[1] 康红普,冯志强.煤矿巷道围岩注浆加固技术的现状与发展趋势[J].煤矿开采,2013(3):1-7.

[2] 刘泉声,卢超波,刘 滨,等.深部巷道注浆加固浆液扩散机理与应用研究[J].采矿与安全工程学报,2014(03):333-339.

[3] 徐香庆,郭文喜.松软破碎围岩巷道注浆加固技术应用研究[J].煤炭工程,2012(07):29-31.

[4] 李 云,韩立军,孙昌兴,等.大松动圈破碎围岩二次注浆加固试验研究[J].煤炭科学技术,2012(12):19-23.

[5] 王若帆,张科学,神文龙,等.注浆加固对深部巷道围岩应力集中的控制研究[J].煤炭技术,2016(01):65-68.

Study on Optimization of Grouting Reinforcement Technology in Roadway

SHI Zhenghao

Based on the observation of the deformation and failure of the roadway in a coal mine, the influence factors of the original support mode and the damage of the roadway after the expanding engineering are obtained. Bearing capacity as the starting point of the basic conclusion, the paper puts forward that the problem of frequent maintenance for roadway could be effectively solved by using the U-shaped steel bolts combined with the retractable metal brackets, together with the strengthen in key parts of the support under the influence of mining.

Roadway deformation; Mining influence; Anchoring and grouting; Combined support

2017-01-13

史政浩(1970—)，男，山西孝义人，2016年毕业于太原理工大学，工程师，主要从事煤矿开采与安全管理工作

(E-mail)fxkyzpp@139.com

TD353

B

1672-0652(2017)02-0037-03