王 威楊張杰陳根生王慶牛王福海陳 康

（1.安徽省煤炭科學(xué)研究院，安徽省合肥市，230001；2.淮浙煤電有限責(zé)任公司顧北煤礦分公司，安徽省淮南市，232150）

超長鉆孔超前預(yù)注漿在回風(fēng)大巷掘進(jìn)過大落差斷層組中的應(yīng)用

王 威1楊張杰1陳根生2王慶牛1王福海1陳 康1

（1.安徽省煤炭科學(xué)研究院，安徽省合肥市，230001；2.淮浙煤電有限責(zé)任公司顧北煤礦分公司，安徽省淮南市，232150）

以顧北礦斷層異常帶區(qū)域南翼回風(fēng)大巷為研究對象，根據(jù)掘前超前加固、掘后有效支護(hù)的原則，通過長鉆孔超前預(yù)注漿實現(xiàn)水泥漿充填圍巖裂隙，再配合以超前錨桿掩護(hù)巷道掘進(jìn)，以36U型鋼為基本支護(hù)，并在關(guān)鍵部位采用預(yù)應(yīng)力錨桿錨索強(qiáng)化、全斷面噴漿封閉、淺孔低壓注漿充填、滯后深孔高壓注漿加固等綜合控制方案，實現(xiàn)了通過超長鉆孔超前預(yù)注漿加固可以一次性穿過斷層構(gòu)造帶區(qū)域。

巷道掘進(jìn) 過斷層 長鉆孔 超前預(yù)注漿 U型鋼

斷層異常帶區(qū)域巷道支護(hù)是一項復(fù)雜的技術(shù)工程，由于斷層帶區(qū)域圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育、構(gòu)造應(yīng)力集中，在掘進(jìn)影響下容易進(jìn)一步惡化，因此其支護(hù)難度甚至高于高應(yīng)力軟巖巷道支護(hù)。顧北礦北翼采區(qū)主采煤層主要集中在顧橋鎮(zhèn)地下，由于顧橋鎮(zhèn)短時間不能實現(xiàn)搬遷，今后幾年顧北礦主采的11#、8#和6#煤層都要轉(zhuǎn)移到南翼采區(qū)，而打開南翼采區(qū)的關(guān)鍵，首先是采區(qū)系統(tǒng)巷道要穿過F104斷層組。由于斷層帶區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力集中、裂隙發(fā)育，存在重大的安全隱患，因此采區(qū)系統(tǒng)巷道要穿過F104斷層組區(qū)域不僅具有一定挑戰(zhàn)性，而且對顧北礦順利達(dá)產(chǎn)、持續(xù)高產(chǎn)穩(wěn)定將具有重要意義。

1　地質(zhì)概況

顧北礦南翼回風(fēng)大巷設(shè)計支護(hù)形式為架棚支護(hù)，巷道斷面尺寸5.8 m×4.5 m。根據(jù)地測部門提供的資料，南翼回風(fēng)大巷已施工至SH12點前33.1 m，巷道所處底板標(biāo)高為-680.0 m。根據(jù)超前物探成果資料分析，斷層構(gòu)造帶影響該巷道長度約40 m。巷道過F104-1斷層附近6#-2煤層，煤層頂板以泥巖和粉砂巖為主，少量薄層狀炭質(zhì)泥巖，巖層裂隙、層理發(fā)育。由于斷層帶區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力集中，因此局部區(qū)域圍巖極易破碎，不僅滑面多、粘結(jié)力差，而且易風(fēng)化失穩(wěn)冒落。南翼回風(fēng)大巷過F104斷層組地質(zhì)預(yù)計剖面示意圖見圖1。

圖1　南翼回風(fēng)大巷過F104斷層組地質(zhì)預(yù)計剖面示意圖

2　掘前超前預(yù)注漿參數(shù)及施工工藝

超前預(yù)注漿鉆孔共布置12組，鉆孔布置在開挖面上，最長鉆孔為48 m，超過斷層影響區(qū)域8 m，最短鉆孔為37 m。具體超前預(yù)注漿鉆孔設(shè)計參數(shù)見表1。通過超長超前高壓預(yù)注漿，巷道頂板上方10 m、幫部左右10 m以及底板下方5 m范圍內(nèi)巖石裂隙都得到充填，提高了巷道前方F104斷層組圍巖的力學(xué)性能。超前預(yù)注漿鉆孔布置如圖2所示。

表1　南翼回風(fēng)大巷超前注漿鉆孔設(shè)計參數(shù)

圖2　超前預(yù)注漿鉆孔布置示意圖

超前預(yù)注漿施工工藝如下:

（1）開挖面找平，掛網(wǎng)初噴混凝土。初噴混凝土噴層厚50～100 mm，噴漿料按水泥、黃砂、石子為1∶2∶2的重量配比，水灰比0.5∶1，速凝劑用量為水泥重量的3%，水泥采用42.5#普通硅酸鹽水泥。初噴混凝土范圍為開挖面及開挖面向后10 m范圍圍巖。

（2）在開挖面上施工1#～5#中空注漿錨索，加固開挖面。中空注漿錨索均垂直開挖面布置，注漿壓力0.5 MPa，水灰比為0.75∶1。

（3）復(fù)噴混凝土。復(fù)噴混凝土噴層厚100～150 mm，噴漿料及噴漿位置同初噴混凝土及位置。

（4）在開挖面施工1#～12#長鉆孔，開孔孔徑133 mm，孔深12 m，采用?108 mm巖芯管進(jìn)行固管，巖芯管上用?8 mm的鋼筋焊接3道，每道4根，固管長度為12 m。固管水泥凝固48 h后，要進(jìn)行固管耐壓試驗，固管壓力為10 MPa。

（5）進(jìn)行1#～12#長鉆孔低壓注漿。目的是密實巖芯管與圍巖之間間隙，漿液配比1∶1.25～1∶1.5，添加水泥重量的0.5%工業(yè)鹽和0.05%的三乙醇胺。

（6）繼續(xù)施工1#～12#長鉆孔到達(dá)設(shè)計深度及高壓注漿，采用?75 mm鉆頭套在?108 mm孔口套管內(nèi)鉆孔至設(shè)計深度。長鉆孔注漿壓力15 MPa，漿液配比同低壓注漿材料一致。為了提高長鉆孔高壓注漿效果，每次注漿時必須保證開挖面有2個已套好的孔（2個孔不在同一位置），一方面是為了排放圍巖內(nèi)部氣壓，另一方面若斷層帶內(nèi)有與水泥不易固結(jié)的淤泥，可以通過高壓注漿將淤泥擠出來。

（7）1#～12#長鉆孔注漿結(jié)束48 h后，施工檢驗孔，若鉆孔出現(xiàn)泥糊及噴孔現(xiàn)象，必須要重新補(bǔ)孔注漿，直至檢查鉆孔不出現(xiàn)泥糊及噴孔現(xiàn)象，方可開始向前施工。開挖面中空注漿錨索及超前預(yù)注漿鉆孔位置見圖3。

圖3　開挖面中空注漿錨索及超前預(yù)注漿鉆孔位置示意圖

3　巷道支護(hù)技術(shù)參數(shù)及施工工藝

為使巷道能順利通過斷層異常地質(zhì)構(gòu)造帶，根據(jù)掘前超前預(yù)注漿加固、掘后有效支護(hù)的原則，超前預(yù)注漿加固后采用以36U型鋼為基本支護(hù)，關(guān)鍵部位預(yù)應(yīng)力錨桿錨索進(jìn)行強(qiáng)化、全斷面噴漿封閉、淺孔注漿充填、滯后深孔注漿加固等綜合控制方案。

（1）為防止開挖面因頂板破碎而出現(xiàn)漏冒現(xiàn)象，巷道應(yīng)在超前錨桿掩護(hù)下掘進(jìn)。超前錨桿采用?22 mm×2500 mm螺紋鋼錨桿，錨桿安裝與巷道走向呈5°～10°夾角外傾，間排距0.2 m×1 m，每斷面布置29根超前錨桿。

（2）架設(shè)36U型棚支護(hù)，U型棚支架棚距500 mm。

（3）施工固棚錨桿和固棚常規(guī)錨索。在U型棚棚腿兩側(cè)各施工2組固棚錨桿，固棚錨桿規(guī)格為?22 mm×2500 mm，錨桿滯后開挖面距離不超過10棚的距離；固棚錨索則按1-2布置，即第一排布置在棚梁正頂位置，第二排布置在棚梁兩側(cè)肩窩位置，固棚錨索規(guī)格為?21.8 mm×6300 mm。固棚錨索滯后開挖面距離不超過2棚的距離；錨索、錨桿鉆孔直徑為?32 mm。

（4）滯后開挖面不超過20 m進(jìn)行噴漿及淺孔注漿。淺孔間排距為2500 mm×3000 mm，每排布置5個淺注漿孔，孔深1.0 m，孔徑42 mm，采用長0.5 m、?19 mm淺孔注漿管。

（5）滯后開挖面不超過30 m施工中空注漿錨索。中空注漿錨索采用5-0布置，間排距為2000 mm×1000 mm，即隔棚分別在巷道正頂、兩側(cè)肩窩及兩側(cè)幫各布置1根中空注漿錨索，中空注漿錨索規(guī)格為?22 mm×6300 mm，中空注漿錨索鉆孔?32 mm，每孔2卷Z2360錨固劑，注漿壓力10～15 MPa，深孔水灰比為1∶1?；仫L(fēng)大巷掘進(jìn)過程中圍巖支護(hù)布置如圖4所示。

4　工業(yè)性試驗

當(dāng)巷道距斷層面約20 m時，進(jìn)行超前預(yù)注漿加固巷道前方圍巖。歷時28 d，共施工12組超前預(yù)注漿鉆孔，共計注水泥1132袋，重56.6 t，實現(xiàn)了長鉆孔超前預(yù)注漿一次性穿過斷層構(gòu)造帶區(qū)域。通過對斷層異常帶南翼回風(fēng)大巷支護(hù)效果近一年礦壓觀測表明，斷層構(gòu)造帶區(qū)段巷道頂板下沉量為40 mm，底鼓量為120 mm，兩幫移近量為248 mm，巷道寬度均不小于5 m，混凝土噴層沒有出現(xiàn)開裂，巷道基本上不需要維修，說明巷道過斷層異常帶區(qū)段頂、幫及底板進(jìn)行整體加固后，巷道圍巖變形量大幅降低。

圖4　回風(fēng)大巷掘進(jìn)過程中圍巖支護(hù)布置示意圖

南翼回風(fēng)大巷過F104斷層組試驗段以超前錨桿掩護(hù)巷道掘進(jìn)，以36#U型鋼為基本支護(hù)，通過關(guān)鍵部位預(yù)應(yīng)力錨桿錨索強(qiáng)化，不僅達(dá)到了預(yù)期目的，而且避免了巷道重復(fù)翻修，說明試驗段所采用的支護(hù)方案合理。

5　結(jié)語

（1）注漿前巷道圍巖不僅裂隙發(fā)育，而且松散破碎；注漿后，通過鉆孔窺視，基本上看不到圍巖裂隙，達(dá)到了圍巖裂隙被水泥漿充填密實的目的，實現(xiàn)了通過超長鉆孔超前預(yù)注漿一次性穿過斷層構(gòu)造帶區(qū)域。

（2）斷層異常帶試驗段與過斷層前非試驗段相比，巷道圍巖變形量及變形速度均大幅降低。斷層異常區(qū)按設(shè)計要求施工時不僅圍巖變形量得到有效控制，而且與過斷層前非試驗段相比還實現(xiàn)了免修護(hù)。

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（責(zé)任編輯 張毅玲）

Appilication of overlength borehole pre-grouting in main return airway crossing big drop fault group

Wang Wei1，Yang Zhangjie1，Chen Gensheng2，Wang Qingniu1，Wang Fuhai1，Chen Kang1
（1.Anhui Province Coal Science Research Institute，Hefei，Anhui 230001，China；2.Gubei Coal Mine，Huaizhe Coal Electricity Co.，Ltd.，Huainan，Anhui 232150，China）

Taking the main return airway located in south side of abnormal fault zone in Gubei Coal Mine as the object of study，according to the principles of advance strengthening before digging and effective support after digging，cement paste pre-grouting in overlength borehole was used to fill the fractures in surrounding rock，advance anchor bolts were used to protect the roadway excavation.Taking 36#U-type steel as basic support method，integrated control methods were used in key positions，such as pre-stressed anchor bolts and cables，full-section guniting and sealing，shallow hole grouting filling with low pressure，delayed longhole grouting reinforce ment with high pressure，which reliazed that the main return airway could cross the fault tectonic zone by using overlength borehole pre-grouting reinforce ment.

roadway excavation，crossing fault，long borehole，pre-grouting，U-type steel

TD353

A

王威（1982-），男，安徽靈璧人，助理研究員，碩士研究生，2015年安徽理工大學(xué)碩士研究生畢業(yè)，現(xiàn)主要從事煤巷錨桿支護(hù)設(shè)計研究、軟巖巷道礦壓的顯現(xiàn)規(guī)律及治理工作。