井底车场松软破碎围岩巷道注浆加固技术研究与应用

赵向明

（山西兰花科创玉溪煤矿有限责任公司，山西 晋城 048000）

1 概况

山西兰花科创集团玉溪煤矿井底车场架空乘人器巷道布置于3#煤层中，均厚5.85m。煤层平均含有一层稳定的夹矸，均厚为0.28m。煤层顶板为泥岩、砂质泥岩、粉砂岩，局部为细粒砂岩，底板为泥岩。巷道采用锚网索喷联合支护，锚杆采用高强树脂锚杆，间排距800×800mm，锚固力为50kN；锚索索体采用高强度低松弛预应力钢绞线，锚固力15t；喷射混凝土强度等级为C20，铺底混凝土强度等级为C30；金属网采用Ф6 钢筋加工而成，网孔规格为150×150mm，用量考虑10%的搭接量。根据现场观测知，围岩较破碎，巷道在现有支护方案下，围岩变形量较大，大范围的出现喷浆层剥落的现象，故拟采用注浆加固的处理方案。

2 注浆加固作用机理

由于架空乘人器巷道修复为永久工程加固，需严格控制破碎围岩进一步变形的要求，采用水泥浆与不饱和聚酯化学浆复合注浆工艺，解决水泥浆与围岩粘结力低、微裂隙渗透困难、重新开挖易造成围岩二次开裂的问题，获得了近似于原岩的围岩条件，恢复了破碎围岩结构完整性。

根据架空乘人器巷道的具体位置及围岩的赋存条件，现采用UDEC 数值模拟软件，建立长×高=200m×81.1m 的模型。为保障数值模拟结果的可靠性，在进行裂隙划分作业时，有针对性将巷道松动圈范围内的岩体设置节理发育，注浆浆液设置采用水灰比为0.6 的水泥浆。为对比分析注浆加固围岩特征的差异，设置对模型的左帮进行注浆加固作业，巷道右帮和顶板不进行注浆作业，进而对比分析注浆后锚索轴力的分布规律。

（1）注浆前后锚索轴力分布

根据数值模拟结果能够得出注浆结束后，锚索在破碎围岩内轴力的分布规律，具体如图1 所示。

图1 注浆加固后锚索轴力分布图

通过分析图1 可知，对比巷道左帮和右帮看出，其右帮锚索的受力情况明显差于左帮锚索受力情况。出现该种现象的主要原因即为巷道右帮并未进行注浆作业，围岩体整体还处于松软破碎的状态，锚索在破碎岩体内的受力不均匀，可锚性较低；而巷道左帮由于采取了注浆加固措施，围岩体的破碎状态得到了改善，提升了围岩体的可锚性和完整性，锚索的受力状态明显得到了改善，锚索的整体受力较为均匀。

（2）巷道表面位移量

根据数值模拟结果，同样能够得出注浆加固前后围岩变形情况，具体围岩变形情况如图2 所示。

图2 注浆前后围岩变形情况对比曲线

通过具体分析图2 中注浆加固前后围岩位移情况曲线可知，当巷道未采取注浆加固时，巷道采用单一的锚索对破碎围岩体进行支护，此时巷道两帮移近量达到693mm，而注浆加固后，两帮的移近量减小到174mm，最大值的下降幅度为81.7%；底板鼓起量在巷道未采用注浆加固时达到286mm，在注浆加固后底板鼓起量减小至80mm，下降幅度为72%；顶板下沉量在未采取注浆加固时，下沉量的最大值为249mm，注浆加固后顶板下沉量降低为184mm，下降幅度为26.1%。

基于上述分析能够得出，巷道在进行注浆加固后，能够对破碎围岩体内部的裂隙进行充填，同时能够渗入围岩裂隙内提升破碎岩体的整体性和承载能力，进而有效阻止围岩扩容向深部的发展，从而提升锚杆索的受力状态，改善围岩的赋存特征，有效控制住巷道围岩的表面位移。

3 注浆加固方案

3.1 注浆加固设计

根据上述数值模拟结果，结合架空乘人器巷道围岩变形破坏的具体特征，确定注浆方案为浅孔+深孔+注浆锚索加固，参数如下：

（1）帮顶围岩水泥浅孔注浆加固

① 注浆孔布置：设置浅孔注浆孔深度为3000mm，钻孔的间排距为1650mm×2000mm，相邻注浆钻孔呈三花布置，巷道底角注浆钻孔与水平方向呈15°布置，其余注浆钻孔均垂直于巷道表面布置。如图3 所示。

图3 巷道浅孔注浆钻孔布置示意图

② 注浆方式：注浆钻孔在1m 以上的区域开孔，每间隔100mm 设置一对穿小孔，注浆作业时采用全长一次注浆作业的方式 。

③ 注浆材料：水泥浆、水泥水玻璃双液浆。

④注浆压力：注浆终止压力1～2MPa。

（2）帮顶围岩水泥深孔注浆加固

① 注浆孔布置：设置浅孔注浆孔深度为7000mm，钻孔的间排距为1650mm×2000mm，相邻注浆钻孔呈三花布置，巷道底角注浆钻孔与水平方向呈15°布置，其余注浆钻孔均垂直于巷道表面布置。具体注浆钻孔布置形式如图4 所示。

图4 巷道浅孔注浆钻孔布置示意图

② 注浆方式：注浆钻孔同样设置在1m 以上的区域内开孔，出浆小孔的设置方式同上，注浆作业时，同样采用全长一次注浆施工。

③注浆材料：水泥浆、水泥水玻璃双液浆。

④注浆压力：注浆终止压力4～6MPa。

（3）帮顶围岩支护

在巷道深孔注浆作业结束3d 后，为进一步保障围岩的稳定，进一步针对围岩采取全长注浆锚索的支护方式，如下：

① 锚索规格：长度7300mm，其中300mm 为外露张拉段。

② 锚索布置方式：注浆锚索沿着巷道全断面进行布置，设置间排距为1800mm×2000mm；锚索角度：在巷道两底角位置的注浆锚索与水平方向成15°布置，其余注浆锚索均与巷道表面垂直布置。

③ 锚固方式：注浆锚索采用全长锚固，针对两底角注浆锚索采用水泥灌浆锚固，树脂锚固长度在1.5～2.0m 的范围内。同时为保障锚索的预应力张拉作业，设置锚索的注浆作业在灌浆锚索后7d 进行。其余巷帮注浆锚索与顶板注浆锚索均采用树脂锚固剂进行锚固作业，锚固长度为1.97m，采用一支K2335 和两支Z2360 型树脂锚固剂进行锚固作业。

④ 其他参数：注浆材料及配比同上，锚索预紧力≥200kN，注浆压力控制在锚索孔终止压力2～3MPa。

3.2 效果分析

在架空乘人器巷道注浆加固后，为分析注浆加固对巷道围岩的控制效果，在巷道注浆加固的范围内，设置两个巷道表面位移监测站，测站间距为50m。具体监测结果如图5 所示。

图5 注浆加固后围岩变形情况

通过具体分析图5 可知，在架空乘人器巷道采用注浆加固方案后，围岩的变形量主要发生在注浆结束后的60d 内，两帮平均变形速率为0.45mm/d，顶板移近的平均速率为0.25mm/d。注浆结束大于60d 后，围岩基本不再出现变形，最终顶底板及两帮最大移近量分别为16mm 和36mm。

4 结论

（1）根据UDEC 数值模拟结果，架空乘人器巷道在注浆加固后，围岩的完整性和可锚性提高了，锚索在围岩体的整体受力更为均匀，锚索的锚固效果提升了，巷道表面位移量在注浆后也得到了大幅度的降低。

（2）根据注浆结束后的效果观测知，采用浅孔+深孔+注浆锚索结合的注浆加固方式，注浆加固效果显著，解决了巷道围岩变形量大的问题。