倾斜煤层综放工作面停采段辅运巷注浆预加固技术实践

陈力慧 马骥贵

摘要：由于急倾斜煤层巷道其特殊的围岩结构及破坏机理，巷道的合理支护一直是工程上的难点;为了解决这一难题，在矩形断面锚网索原支护的基础上，制定了全断面注浆加固技术方案，不仅将围岩内的裂隙充满固结改善应力状态，而且将原支护方案中的锚杆和锚索转化为全长锚固，增强锚杆的锚固力和锚固的可靠性，实现对巷道围岩的有效控制提高其整体性，形成复合锚固结构，为以后矿山处理急倾斜煤层巷道积累了经验。

Abstract： Due to the special surrounding rock structure and failure mechanism of the steeply inclined coal seam roadway， reasonable support of the roadway has always been a difficult point in engineering; in order to solve this problem， a full section has been developed based on the original support of the rectangular section anchor net. The grouting reinforcement technical scheme not only fills the cracks in the surrounding rock to improve the stress state， but also transforms the anchor rod and anchor cable in the original support scheme into full-length anchoring， and enhances the anchoring force of the bolt and the reliability of the anchoring， achieves effective control of the surrounding rock of the roadway and improve its integrity， forms a composite anchoring structure， and provides accumulate experience for the mine to treat steeply inclined coal seam roadway.

关键词：急倾斜煤层;注浆加固;裂隙;复合锚固结构

Key words： steep coal seam;grouting reinforcement;crack;composite anchoring structure

中图分类号：TD745                                     文献标识码：A                                  文章編号：1006-4311（2019）07-0133-03

0  引言

随着我国煤矿开采的发展，可采的煤矿资源越来越少，对于急倾斜煤层的开采逐渐增多。难免有些巷道被迫设置在破碎围岩的地质构造区，巷道围岩松散破碎程度较高，往往表现出强度低、流变性强、易膨胀等特性，给巷道的支护造成较大困难[1-4]。由于急倾斜煤层的破坏机理复杂，缺乏理论基础的研究，加之开采过程中冲击地压的影响，巷道失稳事故相继出现，因此巷道支护技术的合理应用尤为重要。

32111综采工作面停采线辅运巷作为通风、排水、供水、避灾、人员输送及安置电缆及重要设备的重要交通枢纽，其安全稳定性至关重要，如图1所示。综采工作面停采线辅运巷区域容易出现煤质较酥脆，易碎，顶板煤体破碎较为严重存在较为严重的冒落现象，整体性、坚固性都受到破坏，顶板破碎较难管理等等问题，因此对辅运巷进行全断面注浆加固，改善破碎煤岩体的强度和力学状态，提高煤岩体的自身承载能力，改善工作面稳定状况。

1  工程与地质概况

32111综放工作面整体呈挠曲构造，煤（岩）层倾向北西，倾角5～44°，平均倾角25°，32111回采范围内发育五条正断层，断层附近为地应力较强烈的区域，煤层顶板的整体性、坚固性都受到破坏，顶板破碎较难管理，如图2所示。32111辅运巷沿煤层底板掘进，施工长度为600 m，采用矩形断面锚网索支护，净断面为14.4m2（净宽4.8m×净高3m）。其中400～435m、596～607m顶板破碎采用套棚加强顶板支护。在辅运巷西拐中部铺设轨道，安设移动变电站、各部开关、自动控制站、乳化液泵站、喷雾泵站等组成移动列车。在巷道采煤帮吊挂3300v电缆、1140v电缆及各种监测监控线;在巷道煤柱帮吊挂消防洒水管、注浆管和排水管。辅运巷道断面原支护如图3所示。

2  注浆加固原理

2.1 注浆提高和改善了破碎煤岩体的强度和力学状态

工作面煤岩体在构造应力作用下呈破碎状态，其强度及弹性模量均较低，此外，在回采过程造成工作面煤岩体由破碎状态变为散体状态，工作面稳定性急剧下降，造成短时稳定维护困难。浆液固结体的强度不一定比围岩高，但加固材料具有较大的粘结力，可显著提高破碎煤岩体的强度和刚度，某些材料的塑性变形较大，当载荷较大时，固结体发生变形但不破坏。不连续面强度和变形模量等力学性能的改善，大大提高了岩体的强度及自身承载能力。

2.2 渗透-劈裂渗透作用

注浆时浆液在泵压的作用下，渗透充填一些裂隙，另外经挤压可以使一些充填不到的裂隙闭合，提高围岩的强度。降低岩体的孔隙率，可大幅度提高岩体的强度。注浆加固后，浆液将围岩内的裂隙充满固结，使裂隙端部的应力集中大大削弱或消失，从而使巷道围岩的破坏机制发生转变。另外，当工作面煤岩体中存在较大的裂隙，裂隙附近的岩体处于二向应力状态，裂隙内充满加固材料或压密后，将变为三向应力状态，而岩体在三向应力状态时的强度比二向应力状态时显著增大，并且脆性减弱、塑性增强。

3  注浆加固技术方案

在辅运顺槽停采线后退15m至前方5m的20m范围内围岩整体破碎严重，因此考虑采用全断面注浆加固，注浆前对特别破碎区域应喷射混凝土封闭巷道表面。

3.1 加固方案

在巷道顶板、左帮及右帮（工作面煤壁）各布置3个注浆孔，注浆孔孔径均为φ45mm，孔深为5000mm，左右帮注浆孔间排距为1000mm×1500mm，顶板注浆孔间排距为1500mm×1500mm。注浆管使用φ26mm焊接钢管制作，规格为φ26mm×600mm，注浆管孔口150mm为实心管、端头450mm为带孔花管（注浆管设若干溢浆孔，孔径为φ8mm;孔距为150mm，按梅花形排列）;孔口管封孔长度为150mm，可采用软木止浆塞进行封口，注浆管及止浆塞剖面如图4所示。

3.2 注浆过程中的主要技术参数

①注浆材料：注浆采用单液水泥，并添加减水剂，水泥使用42.5级普通硅酸盐水泥，为提高水泥浆的可注性和早期强度，建议添加NF型高效减水剂;浆液结石率不低于95%，浆液固结体强度不低于20MPa。

②注浆参数：低压注浆时，浆液结石率不低于92%，浆液固结体强度不低于20MPa，注浆压力控制在2.0MPa以内，保证喷层不发生开裂。每米巷道注浆量控制在3.0～3.5t水泥。

高压二次注浆时，为避免高压力注浆造成煤柱破坏，施工时注浆压力控制在3.0～3.5MPa，巷道加固范围控制在5.0m左右。每米巷道注浆量控制在2.0～2.5t水泥。初步估算，停采线20m范围内5m孔低压浅孔注漿管一共大约需要注浆管126个。

此外，喷射混凝土强度等级C30，掺加速凝剂，厚度30mm左右，同时保证注浆管孔口外露长度不少于30mm，以便于后期进行注浆加固。

4  巷道注浆加固施工工艺

总体按照注浆工艺流程图进行：首先按照设计的钻孔位置、参数和规定的施工顺序进行钻孔并检测钻孔质量，然后安装注浆管及封孔部件，在确保管路通畅、设备正常的情况下，配制浆液，开泵注浆，完成注浆工作，最后清洗注浆设备、管路附件系统。注浆工艺流程如图5所示。

5  注浆加固效果

①开采期间。在开采的扰动下，停采线区域巷道顶板沉降量变化虽有起伏，但保持在较小的范围之内，巷道两帮未有底鼓现象发生，喷射的混凝土完整度良好，未出现明显的裂缝或是脱落。

②开采结束后。在开采结束后，停采线区域巷道顶板沉降量呈现逐渐减少的趋势，最终维持在一个较小的沉降量值。巷道两帮水平侧移量极小，喷射的混凝土未出现破裂现象，经过观察能够维持一个长期稳定的状态。

6  结语

根据急倾斜煤体综放工作面停采线辅运巷的破坏情况，基于原支护的基础上，制定了全断面注浆加固技术方案，从改善围岩整体性及形成复合锚固结构两个方面对辅运巷进行加固，围岩的破坏机制及裂隙附近的岩体的应力状态得到转变，加固后的煤岩体形成结构效应，将原支护体中的锚杆转化为全长锚固，从而保证了锚杆的锚固力和锚固的可靠性，实现对巷道围岩的有效控制，形成有效复合锚固结构。解决了急倾斜煤体巷道围岩破碎程度高、难支护的问题，积累了有益经验。

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