高应力地质构造复杂区沿空留巷围变形状监测与加固技术

摘 要：27602巷由于埋深较深同时受到地质构造作用造成巷道顶板岩层破碎，围岩控制困难。采用现场实测法对巷道围岩变形特征进行监测，发现顶板上覆6.0m内岩层均较为破碎，且采用现有的支护方式难以确保顶板岩层稳定。为此，提出采用注浆加固方式提升顶板岩层自身承载能力及稳定性。现场应用后顶板岩层稳定性得以显著提升，巷道顶板下沉量稳定在105mm，为后续沿空留巷工作开展创造了良好条件。

关键词：高地应力;地质构造;破碎围岩;顶板离层;注浆加固

沿空留巷巷道要服务于邻近的两个回采工作面，巷道围岩受采动动压影响显著，从而容易引起巷道围岩结构失稳、支护体系失效从而制约巷道正常使用[1-2]。沿空留巷巷道围岩支护方式会直接影响巷道围岩控制效果[3]。当巷道围岩破碎、顶板离层明显以及围岩变形量过大时，通过注浆加固可有效提升围岩承载能力以及稳定性，提升支护体系中锚杆、锚索锚固性能，是一种较为可靠的围岩变形控制措施。文中就以27062沿空留巷巷道围岩控制为工程研究对象，针对高应力、复杂地质构造地质条件下的沿空留巷巷道围岩变形进行监测，并根据围岩变形特征提出采用新型注浆加固材料对围岩进行控制，确保了巷道使用安全。

1 工程概况

2706回采工作面开采的7号煤层埋深平均680m，厚度平均3.5m，采用综采开采方式。7号煤层顶底板岩性以砂质泥岩、泥岩以及粉砂岩为主，采面开采范围内地质构造发育，其中对生产影响较为明显的构造为DF864断层（H=2.6～5.7m，137°∠53°），受该断层影响煤层顶板岩层破碎。27061巷、27062巷分别为2706工作面运输巷、材料巷，为了缓解矿井采掘接替紧张局面，矿井采用沿空留巷开采技术，即将27062巷保留下来作为邻近的2708采面进风巷使用。

2 巷道围岩变形监测

2.1 巷道表层位移观测

27062巷掘进过程中受DF864断层影响较为明显，在该断层作用下巷道顶板破碎，为了掌握断层影响附近围岩变形，采用十字观测法对断层影响附近巷道围岩变形进行监测。具体在每个10m布置一个测点，共计布置8个测点，共计进行42d观测，具体观测结果见图2所示。

在断层影响范围内巷道顶板下沉量较大，在监测的42d时间内巷道顶板下沉量程逐渐增加趋势且未有趋于稳定迹象，监测时间内巷道顶板最大下沉量达到560mm，已经给巷道正常使用带来威胁。同时由于断层影响范围内岩层破碎，巷道围岩支护材料出现不同程度锈蚀。因此，亟需采取巷道补强加固措施。

2.2 巷道顶板岩层结构观测

根据地质资料发现DF864断层落差在2.6～5.7m，为了准确掌握27062巷掘进过断层范围内顶板岩层结构，为后续的巷道围岩控制提供参考，决定在巷道已掘进的水仓内布置窥视钻孔，对顶板岩层进行窥视。具体布置6个孔径35mm窥视钻孔，钻孔孔深为8000mm，垂直巷道顶板布置。

从钻孔窥视结果看出，在距离窥视钻孔钻口1.5m、2.0m、3.5m、5.0m以及5.7m处巷道顶板岩层结构较为破碎，窥视钻孔孔壁周边岩层内发育有纵横交错的裂隙，顶板岩层破碎且破碎分布范围较大。巷道支護采用的锚杆、锚索锚固性能在破碎岩层影响下锚固性较差，虽然后续进行挑顶处理，但仍不能有效控制巷道顶板下沉。

2.3 顶板岩层离层监测

在27062巷内采用顶板离层仪对顶板离层情况进行监测，具体布置5个监测点，每个测点间距20m，顶板离层仪内基点布置深度分别为2.3m、6.0m。

从监测结果得出：在顶板离层监测期间顶板离层值呈逐渐增加趋势，且在监测开始的4天后顶板离层量增加速度呈变大趋势，其中3号离层仪获取到的顶板离层量最大达到228mm。巷道掘进完成后，在地应力以及断层构造影响，顶板离层量较大，虽然后续进行挑顶处理，可满足巷道使用需要，但是未能从根本上解决顶板离层问题。因此，需要对顶板岩层进行注浆加固，从而提升围岩承载能力及稳定性，并增加支护采用的锚索长度及支护强度，确保巷道围岩稳定。

2.4 围岩变形监测结果分析

根据上述围岩表层位移、顶板岩层窥视以及顶板离层监测结果，并结合现场考察结果，发现巷道围岩变形控制中存在以下问题：①通过监测结果发现，27062巷在断层构造影响带附近顶板存在较大的安全风险，顶板岩层变形量大且在监测期间顶板变形未有稳定趋势;顶板岩层离层量大，顶板上覆裂隙水含水层沿着断层破碎（下转第97页）（上接第95页）带以及顶板裂隙向巷道顶板涌水，造成顶板存在一定程度淋水问题;②由于顶板岩层破碎，导致巷道支护原有的锚杆、锚索支护体系稳定性有所降低，同时顶板淋水导水金属锚杆、锚索锈蚀，进一步降低锚杆、锚索承载强度，致使顶板岩层变形量进一步增加;③顶板下沉使得巷道断面缩小，不能满足使用需要，虽然后续经过挑顶处理可恢复巷道断面，但是不能从根本上解决顶板不断下沉问题。巷道在后续采面采动影响下更会加剧变形。27062巷后会采用沿空留巷技术保留下作为2708采面回采航道使用，巷道受到采动动压影响显著，会加剧巷道围岩控制难度。

3 围岩注浆加固技术

27062巷围岩控制困难主要原因是DF864断层导致巷道顶板破碎、淋水，从而导致巷道围岩采用的锚网索支护体系支护强度不足，导致顶板变形严重。根据围岩变形监测结果，提出采用注浆加固技术对顶板破碎岩层进行控制，并封堵顶板淋水通道，从而提升巷道围岩支护体系支撑能力以及围岩自身稳定性，降低顶板岩层变形量。

在27062巷断层影响带采用注浆锚杆注浆加固锚杆，注浆钻孔垂直巷道顶板布置，每排布置2根，间排距均为3m×3m，注浆加固范围为80m。选用的注浆采材料为超细水泥浆并加入适量水玻璃，具体注浆钻注浆参数见表1。注浆后采用带式封孔器封孔，从而确保注浆浆液充分浸入破碎岩体裂隙中，粘结破碎岩体，达到提升围岩抗剪强度及承载能力目的。

4 总结

文中采用现场实测法对高应力地质复杂区域巷道围岩变形进行监测，根据围岩变形特征掌握巷道变形破坏原因，从而为后续针对性制定围岩加固措施提供参考。根据围岩变形特征提出采用超细水泥浆对巷道顶板破碎岩层进行加固，降低了巷道围岩变形，为沿空留巷工作开展创造了良好条件。

参考文献：

[1]张敏.破碎围岩巷道支护参数设计[J].机械管理开发，2020， 35（10）：21-22+39.

[2]宋志强.三元煤矿皮带巷过围岩破碎带支护技术研究[J].山东煤炭科技，2020（09）：1-3.

[3]顾士坦，台连海，陈长鹏，卢佳欣，雒军莉.深部巷道围岩稳定性影响因素显著性分析[J].矿业研究与开发，2020， 40（09）：71-74.

作者简介：

崔立德（1988- ），男，山西平遥人，2015年7月毕业于重庆大学，采矿工程专业，本科，工程师。