二次扰动巷道注浆支护研究

谢小伟

（国家能源神东石圪台煤矿，陕西 榆林 719000）

0 引言

我国煤炭资源丰富，但分布较为复杂，随着开采年限的不断增加，煤炭资源开采的重点逐步向着覆存条件复杂的煤层转移。巷道两次采动影响是矿井开采面临的重要难题[1-2]，两次采动影响巷道是指在进行上区段工作面回采时，巷道受到上区段工作面的侧向支撑压力作用，煤岩内部会出现一定的裂缝，此时巷道围岩变形量增大，当进行本区段回采时，巷道受到超前移动支撑压力的作用，使得煤层在受到一次扰动的基础上进一步发生破碎、松动等情况，此时如果不对巷道进行及时的支护及加固，巷道会产生严重的破坏，严重影响矿井的开采[3-4]。为了解决巷道受二次扰动巷道破碎严重的问题，本文以晋华宫矿为研究背景，对巷道围岩加固技术进行研究，为矿井安全开采做出一定的借鉴。

1 背景介绍及模拟研究

1.1 背景介绍

某矿主采12-2#层煤层赋存稳定，结构简单。整体呈单斜构造，属侏罗纪中统大同组含煤地层，煤层走向近北西，倾向北东，煤层倾角1°～11°，平均倾角7°，煤层厚度0.4～7.4 m，平均煤厚4.17 m。3213运输巷服务于两个回采工作面，在上区段回采时负责瓦斯的抽采，本区段开采时承担运输任务，巷道的埋深550 m，断面为矩形断面，巷道宽和高位5 m×3.4 m，全长为1 921 m。煤层顶、底板情况表如表1 所示。

表1 煤层顶、底板情况表

巷道原顶板主要采用锚杆锚索+钢带+金属网进行支护，锚杆采用Φ22 mm×2 400 mm 的左旋无纵筋螺纹钢筋，间排距为1 100 mm×1 000 m，锚索选用Φ22 mm×7 300 mm 钢绞线，间排距为1 500 mm×2 000 mm，采用端部预应力锚固。两帮的支护形式为锚杆＋金属网+钢带，锚杆规格与顶板锚杆相同，间排距为900 mm×1 000 mm，巷道原有支护方案如图1所示。

图1 巷道原有支护方案（单位：mm）

1.2 数值模拟研究

目前常见的巷道围岩加固技术有锚杆锚索补强、架棚支护、注浆加固等，综合3213 运输巷的围岩裂隙发育情况后选定注浆加固技术，注浆加固技术是通过对破碎煤岩进行加固，从而提升煤岩自身强度，形成具有较大承载力的支护结构。利用数值模拟对具体注浆加固方案进行分析，根据地质钻孔探测给出3 种注浆加固方案，分别为：方案一，对巷道的顶板及两帮均进行注浆加固，浅部围岩的注浆孔深度为3 m；方案二对顶板及两帮浅部围岩进行预先注浆加固，后通过注浆锚索对巷道的深部围岩进行加固，浅部围岩注浆孔深度为3 m，注浆锚索6 m。方案三对顶板及两帮浅部围岩进行预先注浆加固，后通过注浆锚索对巷道的深部围岩进行加固，浅部围岩注浆孔深度为3 m，顶板及两帮注浆锚索分别为7、6 m，同时对两帮利用普通锚索进行补强。分别对三种方案下的巷道围岩变形量进行分析，巷道顶板及两帮移近量曲线如图2 所示。

图2 巷道顶底板及两帮移近量曲线

图3 注浆封孔示意图

从图2 中可以看出，在工作面开采扰动作用下，此时巷道顶板出现下沉及底鼓，两帮变形等现象，随着距工作面距离的增加，不同加固方案下的巷道顶底板位移量呈现逐渐降低的趋势。根据曲线可知工作面位置出现顶底板的位移量最大值，在原支护条件下，顶底板的位移量672 mm，而采取不同补强方案后顶板底板的位移量均呈现降低趋势，三种支护方案下的顶板底板位移量最大值分别463、422、389 mm，对比原支护方案分别下降了31.3%、37.2%、42.1%。两帮的移近量随随着距工作面距离呈现先增高后降低的趋势。在距工作面前方巷道0～5 m 范围内，此时的两帮移近量增长达到峰值，在原支护条件下此时的两帮变形量峰值为588 mm，而三种不同加固方案下，移近量峰值分别为493、390、234 mm，对比原支护方案分别降低了16.2%、33.7%、60.2%。根据模拟可以看出，选定第三种注浆加固方案时，巷道围岩变形均处于最小值，围岩控制效果最佳。

2 工业化试验

对注浆加固技术进行工业性研究，注浆材料选用P.O42.5 普通硅酸盐水泥，并配有添加剂XPM，具体注浆工艺流程按照喷射混凝土、打钻孔、封孔、注浆流程进行施工，注浆封孔示意图如3 所示。

在注浆施工中，适当增加封孔段长度。浅部注浆封孔长度设定为1 000 mm，而深部注浆孔封孔长度适当加长，选定为1 500 mm。在注浆封孔段两端的钢管上裹紧棉纱，完成后在封孔段注入封孔浆液，注浆后需要静置20 分钟后便可进行注浆施工。

注浆方案如下：在工作面的前方120 m 外范围实行浅部注浆，而在工作面前方80 m 处实行深部注浆，距工作面的开切眼0～250 m 位置为常规注浆加固段，往后100 m 进行分阶段注浆加固段。为了验证注浆加固围岩控制效果，对围岩变形进行监测，在距离开切眼150 m 的位置每20 m 布置测站，共有10 个测站，其中1—5 号测站监测常规注浆加固，而测站6—10负责分阶段注浆加固段，测站布置示意图如图4 所示。

图4 测站布置示意图

经过监测得出各测站围岩变形的最大值，绘制直方图观测不同测站巷道围岩变形情况，直方图如图5所示。

图5 测站布置示意图

在巷道采用注浆加固技术后，侧向支撑压力及超前支撑压力影响下的围岩总变形量整体较小，顶板底板变形量最大值为294 mm，而两帮的移近量最大值为417 mm，巷道变形量在回采阶段能够满足使用要求，同时分阶段注浆加固段的整体变形量小于常规注浆加固段，注浆加固效果更加明显。

3 结论

1）随着距工作面距离的增加，不同加固方案下的巷道顶底板位移量呈现逐渐降低的趋势，而两帮的移近量随随着距工作面距离呈现先增高后降低。

2）通过数值模拟对比三种注浆加固方案下巷道围岩变形情况，确定了最佳注浆方案，为后期工业化试验提供依据。

3）经过工业化试验可以看出，经过注浆加固后巷道变形量能够满足使用要求，且分阶段注浆加固段的整体变形量小于常规注浆加固段。