松软破碎巷道围岩注浆加固技术研究

李 强

（山西煤炭运销集团四通煤业有限公司， 山西 临汾 041000）

随着矿井煤炭开采深度增加，回采巷道掘进过程中受地质构造、地应力等影响更为凸显，特别是巷道掘进至地质构造影响区，巷道掘进会导致破碎围岩原有的应力平衡状态，往往出现围岩变形量过大、控制困难问题，甚至出现顶板冒落安全事故。现阶段矿井回采巷道围岩支护常采用锚杆索方式或者架棚方式，但是当巷道掘进范围内为松软破碎围岩时，上述支护方式难以满足围岩控制需求，常出现锚杆索失效、架棚弯曲变形等问题，为确保巷道掘进以及后续使用安全，需要针对松软破碎巷道围岩特点采取针对性的注浆加固措施。山西某矿7 号煤层运输巷在掘进至地质构造带时，围岩呈现出松软、破碎特征，为此文中针对性巷道现场实际特点，提出采用复合材料对围岩进行注浆加固，有效提高了松软破碎围岩巷道稳定性以及承载能力，为矿井高效生产奠定了良好基础。

1 工程概况

山西某矿20705 运输巷为7 号煤层运输巷，巷道沿着7 号煤层底板掘进，巷道主要服务于煤炭运输、通风以及行人等工作，巷道设计断面为直墙半圆拱型，净高3.7 m、净宽4.2 m，采用锚网索联合支护工艺。7 号煤层为现阶段矿井主采煤层，煤层厚度均值5.02 m，煤层赋存稳定，局部区域地质构造发育。根据已有地质资料显示，20705 运输巷在掘进过程会揭露有陷落柱、断层等多种地质构造，在地质构造影响区内运输巷围岩为松软破碎围岩，具体巷道掘进位置示意图见图1 所示。运输巷在现有的支护方式下出现围岩变形量较大问题，现场监测发现巷道顶底板、巷帮最大变形量分别为980 mm、1 356 mm，给巷道使用安全带来一定威胁。

图1 20705 运输巷位置示意图

2 围岩注浆加固

2.1 破碎围岩注浆加固机理

对松软破碎岩体进行注浆加固后，可提高岩体稳定性以及强度，具体可将注浆加固效果提高岩体承载能力、为锚杆提供稳定及可靠锚固端、在破碎岩体内形成支撑骨架。注浆可有效提高松软破碎岩体的内摩擦角以及粘聚力，并提升压力拱整体稳定性，确保巷道围岩稳定；注浆后可为锚杆提供较为稳定的锚固端，提高锚杆支护效果。现有研究表明，锚杆施工完成后进行注浆加固，可将锚杆由以往端锚变为全锚，不仅提高锚杆支护效果而且有助于强化巷道浅部岩体承载能力。具体端锚、注浆端锚两种方式围岩支护效果见图2 所示。

图2 端锚、注浆端锚围岩支护效果对比图

注浆浆液在破碎岩体裂隙内扩展形成网络结构，形成的网络结构不仅可改善围岩强度而且有利于对围岩进行支撑。

2.2 注浆加固方案

在20705 运输巷掘进至围岩松软破碎范围内时，采用复合材料对围岩进行注浆加固。采用的复合注浆材料参数包括有水泥、JCT-2 复合剂、JCT-3 复合剂，具体注浆材料中水、水泥、JCT-2 复合剂、JCT-3 复合剂配比（质量比）分别为1∶0.85∶0.15∶1.5。根据20705 运输巷松软破碎围岩现场实际情况，对巷道顶部、肩部以及巷帮等位置均布置注浆孔，并为便于后续注浆钻孔施工将注浆钻孔孔深统一设计为3.0 m。

注浆压力会直接影响注浆量以及注浆效果，根据现场注浆采用的复合材料性能，为确保注浆加固过程中不会出现注浆压力过大导致围岩劈裂情况，将注浆压力最终确定为2～4 MPa。

注浆钻孔按照3 m 排距布置，一个断面布置5 个钻孔，其中顶孔、肩部孔以及巷帮钻孔数分别为1 个、2 个、2 个。顶孔垂直顶板布置、肩部孔向上斜插50°、巷帮钻孔垂直巷帮布置。具体巷道断面注浆钻孔布置见图3 所示。

图3 注浆钻孔布置示意图（mm）

钻孔注浆时注浆量可依据下述经验公式确定：

式中：Q 表示巷道每米注浆量，m3；λ 为注浆期间浆液损失系数，取1.4；η 为围岩孔隙率，取值1%～5%；ρ 为注浆浆液密度，取1 585 kg/m3；β 充填系数，取0.6；L为加固范围，3 m；h 为巷道直墙高度，取1.5 m；b 为巷道拱形长度，取值6.6 m。

将上述参数带入到公式（1）中就即可求得Q=1 150 kg。设计的注浆钻孔间距为3.0 m，即巷道3 m 距离布置5 个注浆孔，注浆时按照1.3 富裕系数，则单个钻孔注浆量约为897 kg。

2.3 注浆控制

在20705 运输巷掘进至围岩松软破碎带时，设计的注浆加固过程：注浆钻孔施工、封孔、注浆、停注、移至下一钻孔注浆。依据运输巷现场实际情况，注浆采用间隔注浆方式，注浆时先对巷道左帮4 排钻孔进行注浆，后对巷道右帮4 排注浆孔进行注浆，最后对巷道顶孔进行注浆，待12 m 范围内钻孔全部注浆完毕后再进行后续一段钻孔注浆。

3 破碎围岩注浆加固效果分析

注浆加固为隐蔽工程，注浆效果无法直观从巷道表层观察获取，为此，提出使用钻孔窥视技术对松软破碎围岩注浆效果进行考察。在注浆加固区域施工窥视钻孔，采用型号CXK12 窥视仪进行窥视，具体不同窥视深度内裂隙充填效果见图4 所示。

图4 不同窥视深度内裂隙充填效果

从图4 中看出，在注浆加固范围内，围岩孔隙被注浆浆液充填，围岩稳定性得以明显提升。

对注浆加固区域内围岩变形进行为期30 d 监测，期间顶底板以及两帮变形量均较小，分别为38 mm、15 mm，围取得较好围岩控制效果。

4 结论

20705 运输巷掘进至地质构造影响范围内时围岩为松软破碎岩体，巷道采用的锚网索支护方式存在围岩变形量大、部分支护结构失效等问题，无法满足巷道围岩控制需要。为此，提出采用注浆方式对松软破碎岩体进行加固。依据巷道现场实际情况对注浆加固方案进行设计，现场应用后注浆浆液可有效提高松软破碎岩体强度、提高破碎岩体承载能力以及稳定性，并将巷道顶底板及两帮变形量分别控制在38 mm、15 mm 以内。