浅析深井复杂应力状态下巷道加固技术

韩熠梁

摘 要：在煤矿的生产过程中，巷道容易受采动的影响而产生变形，围岩也会受到大范围的破碎，因此支护难一直是困扰煤矿生产的一大难题，如何在复杂应力条件下对巷道进行加固，成为了煤矿企业急需要解决的问题，本文以太原煤气化龙泉煤矿为例，对其巷道的加固技术进行研究，以此来为其他煤矿的巷道加固提供参考。

关键词：巷道失稳；巷道加固；技术

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.07.114

1 项目基本概况

龙泉煤矿，主采煤层为4#煤，属气煤煤，煤层结构简单，煤层较软，有玻璃光泽。目前只有4202工作面回采，本工作面为一次采全高放顶煤回采工作面，地面标高约为1200m，井下标高约为780m，采高3.5m，放顶煤3.0m，工作面平均走向长度为2400m，工作面倾斜长度250m。

龙泉煤矿井下有北一回风大巷、北二回风大巷、北胶带大巷、北辅运大巷四条主要大巷，服务于矿井下料、提升和通风等各系统。四条主巷沿南北方向布置，单巷长约1200m，西面为矿井工业广场保护煤柱，东面为本矿回采工作面。由于四条主巷受采动影响，造成许多安全隐患。目前主巷矿压显现基本稳定。本回采区域煤层顶板为2.54m左右的黑灰色粉砂岩、泥岩、极易冒落，不宜管理；底板为2.18m左右的深灰、黑灰色泥岩，受力后极易发生底鼓。

2 巷道失稳的原因

2.1 巷道群之间的应力影响

大巷掘出后，会发生应力重新分布，在胶带大巷左側与回风大巷右侧发生应力集中，应力集中系数达到1.95。由于相邻大巷间煤柱宽度较小，胶带与回风大巷间煤柱上高应力作用下产生的大量变形被胶带大巷下山空间所吸收，导致掘巷后皮带大巷周围围岩塑性区明显增大，围岩变形量较辅运、回风大巷大。

2.2 采动对下山围岩变形的影响

大巷掘出后受回采工作面开采的影响，回采产生的超前支承压力与大巷周围围岩应力叠加，导致大巷围岩应力重新分布，围岩塑性区范围进一步增大，应力集中系数达到了2.55，大巷原有支护难以承受这么高的应力。当本矿4201工作面回采后，受超前支承压力的影响，在大巷左侧停采线煤柱上，应力集中系数达到了2.55，巷道围岩应力再一次重新分布，围岩再次破坏，塑性区范围变的更大，使得下山支护环境更加恶化。

2.3 下山围岩稳定性差

大巷顶板为2.54m左右的黑灰色粉砂岩、泥岩、极易冒落，不宜管理。底板为2.18m左右的深灰、黑灰色泥岩，受力后极易发生底鼓，巷道翻修时经过多次挑顶、刷帮、卧底，导致围岩裂隙更加发育。

2.4 现有砌碹支护难以控制围岩的强烈变形

首先砌碹属于刚性被动支护体，可缩性差，不适应受多次采动影响巷道的大变形。其次现有支护结构本身不稳定、支护形式又比较单一。同时砌碹支护碹体的强度不够。

3 深井复杂应力状态下巷道的加固技术

3.1 巷道围岩充填、注浆加固

首先确认巷道加固位置，由于顶部注浆加固及帮部注浆加固不能改善巷道围岩应力状况，与无注浆加固情况相比，变化不明显。因此对巷道进行全断面注浆加固。

其次选择ZKD高水速凝的注浆材料和电动双液注浆泵的注浆设备。充填管采用铝塑管，注浆管采用?20mm钢管制作，注浆管长1.5m，外端加工30mm螺纹，注浆封孔长度为1.2m，在里段1.20m和1.35m位置处分别打直径6mm的孔。

充填、注浆参数主要有：水灰比、注浆压力、注浆量、充填孔、注浆孔布置等。其中水灰比考虑井下施工条件，浆液固结强度及材料消耗等因素，充填浆液的水灰比应为1.8：1，注浆浆液水灰比应为1.5：1。而注浆压力，注浆压力不能太大，以免破坏围岩及料石碹，确定注浆压力为1.5～2.5MPa，最大不超过3.0MPa。注浆量，要尽量保证裂隙充填满的需要，注到不吃浆为止。注浆孔布置的原则主要是保证浆液尽可能多、均匀渗透到破碎围岩中，根据注浆工程实践，三条下山充填孔布置应为：每2m布置1排，每排6个孔，顶部注浆孔布置与拱顶呈45°夹角，帮部注浆孔间距1000mm，孔径42mm，注浆孔深2400mm。

最后是注浆。注浆时先制浆，高水速凝材料分为甲、乙料两部分，两种材料用量为1：1，需要甲乙料单独搅拌，混合后15～20分钟即凝固。充填时水：高水速凝材料=1.8：1，每次搅拌一桶用料8袋，加水720kg，注浆时水：高水速凝材料=1.5：1，每次搅拌一桶用料8袋，加水600kg。然后是封孔，词用布袋封孔，长度为1.2m。紧接着封孔后，从下向上连续填充，注浆时，从帮部向顶部注浆。封孔后从下向上开始充填。由于向上充填，一旦充填管内的高水速凝材料固结，该管即堵塞而报废，因此，尽可能连续充填。注浆时，在封孔结束后从帮部向顶部开始注浆。

3.2 锚杆支护

注浆加固只能在围岩的一定深度进行，对于受多次采动影响的巷道，还需要与锚杆、索支护共同维持巷道围岩周边的稳定。因此，采取先注浆后采用锚杆支护相结合的方法，可以更加有效的提高支护效果。

对于复杂应力巷道，应采用高预应力、强力锚杆组合支护，应尽量一次支护就能有效控制围岩变形与破坏，避免二次支护和巷道维修。首先选取20MnSi螺纹钢锚杆，其次采用全长锚固来控制巷道的围岩、锚杆长度选取2.4m，控制巷道围岩的变形量、同时采用800*800mm的排距，间距为下山中轴线两侧30°位置，排距为2.4m，每隔三排锚杆打一排锚索，即有良好的支护效果，又能节约成本。

4 结论

综上所述，巷道容易受采动的影响而发生不稳定的现象，影响着煤矿的开采作业，因此必须要对其进行加固。经过本文分析，认为对于复杂应力条件下巷道加固，可以先采用先高水速凝材料充填、注浆加固后锚杆支护，不仅可以显著提高巷道围岩的支护效果，保证巷道的安全状况，而且还降低了巷道维护成本、减轻了工人劳动强度，提高了煤矿企业的经济效益。

参考文献：

[1]荆现锋，董继昌，李伟.深井复杂应力状态下巷道加固技术[J].中州煤炭，2013（02）：61-62.

[2]张海洋，孙利辉.深井高应力软岩巷道让均压加固技术研究[J].煤炭工程，2012，1（11）：20-22.

[3]晁俊奇，乔长灿，戚彦贵.朱集矿千米深井巷道支护与加固技术[J].煤矿开采，2010，15（03）：64-66.