煤矿软岩巷道过断层中注浆加固技术的实践

刘志峰

（柳林县三委派管理中心，山西 柳林 033300）

矿井开采深度的增加，导致地质条件恶化，破碎岩体增多，地应力增大，造成深井巷道围岩稳定控制与支护的难度加大。尤其是遇断层破碎带时，地质构造作用使得围岩更加破碎，一般的支护方式难以达到巷道围岩稳定的要求，断层成了影响巷道安全掘进的重要因素。本文以柳林煤矿为研究对象，对-340 m大巷过SF-12断层的施工进行了注浆加固应用研究。

1 工程概况

柳林煤矿-340 m大巷采用导硐施工时，提前揭露SF-12断层，断层落差20 m，断层施工盘为煤。底板泥砂岩，对盘为煤，顶板含油泥岩，岩层十分破碎，断层带宽0.4 m。断层带附近有少量断层水，水量2～3 m3/h，顶板局部也出现少量淋水，水源经化验确定为煤。底板砂岩水。几天后，断层带处出现剧烈变化，顶板淋水加大，巷道压力显现明显，巷道变形严重，迎头停止扩刷，开始对断层带采取措施进行治理。

2 治理措施的研究

2.1 初步堵水方案

为了对断层附近水进行封堵，对围岩进行加固，先后对该地点进行了三个阶段的堵水加固工作。

（1）第一阶段：利用水泥浆和高水材料进行堵水加固工作。先期采用水泥浆封堵小型裂隙，后期采用高水材料封堵较大裂隙。注浆方式：由导硐外施工钻孔进行超前注浆。钻孔采用长短交错、平面呈扇形、空间呈半圆锥形布设，施工钻孔17个，合计钻探工程量168.1 m，跟管钻进150.5 m，先期注水泥12 t，后期注高水材料6 t。孔内均下55 mm地质套管。经注高水材料后，导硐内基本不出水。随时间推移，巷道继续变形，迎头岩层继续外移，上覆岩层中水无泄水处，水压上升，形成二次涌水。

（2）第二阶段：利用化学堵水材料—马丽散进行堵水加固。该方案采用5 m注浆锚杆，4根一排，排间距1.5～2 m，由外向里采用步步为营的方式注浆施工。本次共施工注浆孔10个，合计工程量为45.5m，注马丽散128桶（3.5t）。该方案在导硐外堵水效果较好，成功地封堵了该处淋水（执行初期，水已到导硐外第二碹，涌水量2m3/h）。但进入导硐后，效果变差，已封堵段出现再次涌水，导硐顶板恶化，出现涌水、涌泥砂现象，平均水量2m3/h。二阶段注浆堵水失利。

（3）第三阶段：疏、堵结合进行治水。三阶段堵水方案主要内容为：先期在导硐外7m处利用钻机施工一个疏水孔，提前释放水压；再在导硐外2m处破碹利用钻机向导硐顶部施工5个注浆孔，分高低两组，合计工程量为46m。本次施工由于中部主要疏水孔淤塞，水压上升，积水从破碹处涌出，形成一自然泄水点，平均泄水量2m3/h，在破碹处形成一个掉顶区。三阶段注浆堵水失利。

2.2 强注水泥浆加固围岩堵水

根据现场情况，主要是由于巷道支护体破坏严重，新裂隙不断产生，原注浆体已开始移动和下沉，在巷道上部特别是断层带附近形成了一定的空间，且空间范围不断扩大，为了进一步封、堵和疏水，为下一步巷道返修施工创造条件，在总结前期工程的基础上，根据现场情况对断层带巷道进行强注水泥浆加固围岩进行堵水。

根据现场钻探施工条件，在后部施工两钻窝，钻窝外各施工一循环水仓。在钻窝内施工钻孔，首先施工Ф89 mm钻孔，施工至设计终孔位置后下Ф73 mm地质管，按设计注浆孔的要求共施工12个注浆孔，累计钻进工程量182.4 m，累计注水泥119.6 t。

2.3 注浆加固围岩堵水效果分析

2.3.1 现场涌水量注浆前后对比情况

注浆前巷道顶板淋水，出水点主要集中于巷中，水量3m3/h，由于上部岩层已泥化严重，顶板间断式向下涌矸。注浆后巷道顶板淋水已减少到不足1m3/h，淋水点已分散，主要集中于巷道左帮前后两端，其余水量主要从巷道右底角涌出，巷道合计水量不大于2m3/h。注浆工程堵水有一定的效果。

2.3.2 巷道注浆效果分析

巷道顶板泥岩已严重泥化，不能利用钻探对其进行取芯鉴定注浆效果，各孔均采用高压注浆，注浆压力情况如图1所示。

注浆过程中由于注浆压力较高，围岩强度较低，个别孔出现鼓破巷道岩体的情况。但通过对在注浆过程中各孔注浆情况观察，可以反映出注浆效果。

图1 -340 m大巷对SF-12断层注浆量分布图

1#～6#孔为左钻窝工程，1#和4#孔为先期的注浆孔，该两孔吃浆量较大，其余各孔为后期钻孔，各孔吃浆量较小，说明左侧钻窝注浆已起到了一定的效果。7#、8#孔为右侧钻窝工程，12#孔为该窝内首个注浆孔，所以吃浆量较大，7#孔为第二个孔，吃浆量略小，其他各孔吃浆量均不同程度的减少。在右钻窝内注浆，在左钻窝内有少量渗浆，说明注的水泥浆在巷道上方空间分布范围较广。在右钻窝内施工11#孔注浆，钻孔终孔在巷道右帮顶板以上，浆液在中钻窝顶板和门子口钢棚处出浆，也说明上部空间连通性相对较好。

上述情况表明，注浆已起到了一定的效果，水泥浆对上部空间进行了有效的充填，对围岩起到了一定的加固作用，本次注浆工程对巷道已泥化的围岩起到了加固的作用，对巷道涌水起到了一定程度的封堵。

3 结论

通过对柳林煤矿-340 m大巷过SF-12断层注浆加固技术的应用研究，取得了很好的实践应用效果，确保了施工安全和一次支护成功。该施工技术方案可降低支护成本，提高经济效益。主要经验如下：

（1）掘进巷道过含水、破碎、落差较大的断层时，首先要对断层进行注浆加固。

（2）过断层一次支护方式应选择棚喷支护，无需进行压力释放。

（3）棚喷结束后，应对巷道进行二次套浇或套碹加强支护。