不稳定围岩巷道综合加固技术研究

武庆虎

（山西晋汾新天综合服务有限责任公司，山西 孝义 032300）

引言

随采深增加，导致煤层赋存条件更趋复杂，部分矿井掘进巷道围岩呈现出岩性差、承载能力低等问题，导致巷道围岩变形量较大，制约巷道正常使用[1-3]。为此，众多的研究学者对上述类型不稳定围岩加固控制展开研究，其中杨永刚等[4]对依据岩层分布以及岩性对巷道布置层位进行确定，并提出采用高强度组合锚索对巷道围岩进行控制，满足了巷道后续使用需要；李树清[5]针对斜岭煤矿深部开采围岩变形量大、控制困难等问题，提出采用浅孔+深孔相结合的多步注浆方式加固围岩，控制了巷道围岩变形；张继[6]采用数值模拟技术方法对王庄矿巷道掘进期间以及回采期间围岩应力分布进行分析，选用高水材料作为注浆加固材料，通过浅孔+中空注浆锚索向巷道围岩进行注浆，提高了巷道围岩自身承载能力以及稳定性。上述研究成果为不稳定围岩控制提供了宝贵经验接近。本文以山西某矿东翼胶带巷围岩控制为工程背景，针对围岩不稳定、巷道变形量大问题，提出采用围岩注浆、表层喷浆以及预应力锚索相结合方式支护围岩，现场取得显著围岩控制效果。

1 工程概况

山西某矿现阶段开拓工作主要集中在矿井东翼，开采煤层包括有3#、5#、9#以及11#等煤层，现回采浅部3#及5#煤层。东翼胶带巷沿5#煤层掘进，矩形断面（净宽×净高=为5 000 mm×3 800 mm），围岩支护采用锚网索方式。

5#煤层强度较低同时煤体内裂隙发育，顶底板为砂质泥岩、泥岩，稳定性及承载能力较差。东翼轨道巷在掘进支护完成后，巷道围岩呈现出变形不收敛、变形量较大等问题，巷道需要频繁的进行修整，给后续使用带来较大制约。

2 巷道围岩综合加固技术

2.1 巷帮预注浆加固

在巷帮施工钻孔对煤体内裂隙发育以及破碎情况进行探测，从窥视结果发现巷帮破坏区深度在4 m～5 m，由于巷帮使用的锚杆长度仅为2.4 m，从而导致巷帮容易出现变形，巷道后期修整刷扩期间容易导致片帮发生。为此，提出在对巷帮修整前采用预注浆方式提高巷帮煤体强度以及稳定性。具体巷帮预注浆钻孔布置，如图1 所示，巷帮注浆孔布置2 排，呈三花眼布置形式，上排、下排钻孔距离顶板、底板间距均为0.9 m，钻孔间间距为6.0 m、孔深为6.0 m，钻孔均垂直煤壁施工，钻孔孔径为42 mm。

图1 巷帮预注浆钻孔布置示意图（单位：m）

注浆采用联邦加固双液注浆料，水灰质量比0.6～0.8∶1，当巷帮破碎时可适当降低水灰比；当巷帮煤体内裂隙不发育、注浆困难时则适当增加水灰比。钻孔封堵长度设计为0.5 m～0.8 m，封孔时材料水灰质量比建议为0.6～0.7∶1。具体巷帮注浆加固工艺系统，如图2 所示。

图2 巷帮注浆加固工艺系统图

2.2 巷帮刷扩

对巷帮进行预注浆加固后，为确保巷道使用要求，需要对巷帮进行刷扩。现场刷扩时依据围岩变形破坏情况选择采用人工风镐、掘进机等进行，确保刷扩后巷道断面满足使用需求[7-8]。

对巷帮刷扩完成后重新对巷帮锚索进行张拉，以便对巷帮进行临时支护。巷帮原锚索张拉完成后在巷帮上采用钢筋网（钢筋直径6.5 mm）进行护表，钢筋网网孔大小均为100mm×100mm，邻近钢筋网片经16#铁丝绑扎连接。现场每刷扩完成2 m 巷帮后即需要对原支护锚索张拉对巷帮进行临时支护。在对巷帮刷扩过程中应注意观察顶板稳定性以及变形情况，当发现异常后及时停止作业并加固，确保现场作业安全。

2.3 巷道表层喷浆密闭

对巷道表层围岩进行喷浆封闭，不仅可避免注浆浆液外渗而且避免围岩风化、提高围岩承载能力。具体巷道表层围岩喷浆参数为：巷道表面喷浆层厚度为100 mm，混凝土强度为C20；喷浆过程中应避免出现蜂窝、麻面、赤脚等情况；喷射的混凝土材料主要为水泥、石粉以及黄泥，具体质量比为1∶2∶2。喷浆每立方混凝土中黄沙、水泥以及石子用量分别为886 kg、433 kg 以及886 kg。在混凝土内添加速凝剂，使用量为水泥用量的4%。

2.4 巷帮及顶板锚索补强

待围岩注浆加固3 d 后，采用预应力锚索对围岩进行补强加固，具体补强加固布置，如图3 所示。锚索补强加固前对顶板锚索进行重新张拉确保张拉后锚索预紧力在250 kN 以上。补强锚索（Φ16.8 mm×7 300 mm）均布置在原锚索中部，间排距均为2400mm。

图3 巷帮及顶板补强锚索布置示意图

3 巷道综合加固安全技术措施

在对东翼胶带巷进行综合加固之前，应首先进行安全检查，确保现场注浆安全。巷道加固时，仅施工人员可进入到现场。注浆时严格按照设计要求以及注浆方案配比注浆浆液，注浆管路应减少弯曲次数避免出现堵塞情况；在注浆过程中发现注浆系统压力突然增加时应立刻停止注浆待查明原因及处理后方可继续施工。现场巷道综合加固时可采用架板或者道木架设可靠、稳定的工作平台，人员在平台上工作时应注意脚下安全。

4 结语

对矿井东翼胶带巷不稳定围岩综合加固技术进行研究，并提出综合使用巷帮预注浆、巷帮刷扩、表面喷浆以及锚索补强等方式对巷道围岩进行控制。依据巷道实际情况，对综合加固方案进行详细设计。现场应用后，东翼胶带巷围岩得以有效控制，巷道断面可满足使用需要，同时后续基本不需要重新修整，满足了东翼胶带巷使用需要。