西翼集中回风巷注浆加固方案设计及应用

刘文玺

（汾西矿业集团曙光煤矿， 山西 孝义 032300）

对于井工煤矿来说，采区巷道的掘进与支护至关重要，其特殊性体现在既具有开拓巷道服务周期长、巷道断面大、支护要求高等特点，又具有回采巷道距离采场近、受邻近采场采掘工作反复扰动、支护难度大等特点。基于此，国内许多矿井的采区巷道受到巷道围岩变形大、支护难度大的困扰，邻近工作面每回采一次，采区巷道就重新受一次应力扰动，巷道陷入了修复与破坏的恶性循环。国内专家学者针对采区巷道围岩变形及破坏机理进行了许多研究，提出对于受多次应力扰动的巷道，应重视改善围岩应力状态和整体性，合理选择支护形式和支护阻力，并提出“先刚后柔再刚、先抗后让再抗”理念，认为尽量采用一次支护控制巷道变形，设计了锚网索和注浆加固联合支护方案，并获得了实践成功[1-6]。本文以曙光煤矿西翼集中回风巷的支护工作为研究对象，基于具体的地质及生产条件，制定出切实可行的巷道加固方案，并进行工程实践，对加固方案的效果进行验证。

1 工程概况

曙光煤矿西翼集中回风巷位于井田西翼，与集中轨道巷、集中皮带巷平行布置，该巷道南侧为一采区1210 采空区，该工作面已回采结束，巷道布置如图1所示。集中回风巷沿2 号煤层顶板掘进，煤层平均厚度3.2 m，煤层倾角2°～5°，夹矸岩性多为含炭质泥岩或泥岩，有时为泥砂岩，煤层顶底板岩性如表1所示。巷道断面为直墙半圆拱，掘进断面积超过18 m2，为大断面半煤岩巷道，巷道埋深平均超过500 m。

图1 西翼集中回风巷位置示意图

表1 煤层顶底板岩性表

2 巷道变形破坏原因分析

2.1 巷道埋深较大

西翼集中回风巷掘进区域范围埋藏深度为463～602 m，沿巷道掘进方向埋深呈逐渐增深特点。由于平均埋深超过500 m，局部地段深度超过600 m，巷道呈现地压高特征。另外，根据现场原位地应力测量结果（见表2），西翼集中回风巷掘进范围地应力量值为中等水平，以构造应力为主，可能造成巷道围岩帮角应力集中。

表2 西翼集中回风巷水压致裂地应力测量结果

2.2 巷道围岩呈现低强度松散破碎特征

西翼集中回风巷受到1210 采空区采动应力影响，掘进期间巷道顶板显现出松散破碎特征，岩性为泥岩，巷道开挖后顶板易片帮冒落，给初始锚杆锚索支护带来很大困难，因此，巷道掘进成型较差，实施锚杆锚索支护后巷道表面不平整，局部区域出现漏顶、鼓包状况。而且由于巷道浅部围岩离层破坏，锚杆锚索的锚固效应严重降低，对浅部围岩控制作用大大减弱，围岩显现出大变形破坏特征，尽管在变形破坏严重地段进行了补打锚索加强支护，并进行了多次巷道挑顶、起底修复，但效果不理想，陷入了修复与破坏的恶性循环。

2.3 巷道承受多重应力扰动

1210 工作面回采以后，采空区上方岩层载荷将向周围支承区转移，在采空区四周形成支承压力带，在工作面前方形成移动性支承压力，在工作面倾斜侧向及后方形成残余支承压力，西翼集中回风巷明显受到采空区侧向支承应力的影响。

3 巷道注浆加固方案

鉴于曙光煤矿西翼集中回风巷出现的围岩失稳及支护难题，在充分进行调研和论证的基础上，提出西翼集中回风巷注浆加固补充方案，总体思路是首先进行巷道围岩注浆，然后实施全长预应力注浆锚索加固，最后进行巷道表面喷浆。施工顺序为先进行浅孔注浆2 d，再进行深孔高压注浆7 d，实施预应力锚索加固后再进行锚索孔注浆，然后进行巷道表面终喷。

3.1 巷道围岩注浆

浅层围岩注浆钻孔深度4 000 mm，钻孔间距3 000 mm，排距3 000 mm，五花眼布置，使用MQT130 锚杆（锚索）钻机打孔，钻头直径Ф36 mm，注浆材料为水泥浆、水泥水玻璃双液浆，注浆终止压力3～5 MPa。深层围岩注浆钻孔全部采用五花眼布置，钻孔排距3 000 mm，布置在两排浅孔中间，间距3 000 mm，孔深全部8 000 mm，使用MQT120 锚杆（锚索）钻机打孔，钻头直径Ф36 mm，注浆材料为水泥浆、水泥水玻璃双液浆，孔口注浆压力6～8 MPa。

3.2 预应力注浆锚索加固

浅深孔注浆施工完成2 d 后，进行预应力注浆锚索支护施工，全部使用钢筋网护帮护顶配合强力锚索支护，巷道严重变形部位刷帮、挑顶至设计断面后支护。锚索规格Ф22-1×19-5 300 mm，锚索间距1 800 mm，每排5 根锚索，排距1 800 mm，锚索全部垂直岩面布置，采用树脂锚固剂端头锚固，一支规格为K2355，另两支规格为Z2360，锚索预紧力不低于250 kN。锚索张拉预紧后，钻孔一次压注水泥浆，注浆终止压力为3～5 MPa。

3.3 注浆材料配比及喷浆

根据注浆材料特点，结合现场围岩条件，确定注浆加固采用水泥基注浆材料。正常注浆使用525 号（42.5 MPa）普通硅酸盐水泥，配合水泥注浆添加剂XPM配制浆液。巷道帮顶锚索支护完成一定区域后，表面喷射混凝土，厚度80 mm，覆盖围岩表面及钢筋网。喷浆要求表面平整密实，墙基、钢筋网无裸露，在1 m 范围内凸凹不大于50 mm，为确保砼强度，要定时对喷层进行养护，养护时间为3 d，每天至少喷水一次。

4 结论

曙光煤矿西翼集中回风巷采用以上注浆加固方案进行补充支护后，对巷道围岩变形实施为期60 d的矿压观测，观测结果表明：巷道进行挑顶、起底修复后实施注浆及锚索加固，初始阶段围岩变形量有一个快速积累期，历时约15 d，15 d 后巷道围岩变形进入稳定期，此后围岩变形基本稳定，在整个围岩观测期内，测得巷道浅部围岩离层值最大38 mm，顶底板最大移近量128 mm，两帮最大移近量162 mm，巷道围岩变形得到有效控制，实现了巷道加固的目的，技术经济效益显著。