劉戰(zhàn)方

（晉城金成礦山建筑工程有限公司，山西 晉城 048000）

1 工程概況

沁水東大煤礦3101 工作面底板標高+95～+53.5 m，3101 工作面底抽巷布置于3 號煤層底板巖層中，開口方位角為115°56′07″，設計長度為1 668.357 m，坡度根據(jù)煤層變化適當調(diào)整，采用EBZ-200H 懸臂式掘進機掘進。根據(jù)2#聯(lián)絡巷和中央輔運巷大巷實測探煤記錄推斷巷道頂板離3 號煤層底板約15～20 m，水平方向，內(nèi)錯3101 輔運順槽15 m 布置。巷道頂板為砂質(zhì)泥巖，底板為互層。四鄰掘進情況：東北方向為3101 工作面輔運順槽，西南方向為3101 工作面輸送機順槽，西北方向為中央輔運大巷。

2 原有支護及變形特征

2.1 原有支護

3101 底抽巷斷面形狀為直墻半圓拱形，原支護方式為“錨網(wǎng)索+表面噴漿”。巷道設計寬度4.6 m，高3.7 m，頂板采用Ф22 mm×2400 mm 左旋全螺紋鋼錨桿，間排距900 mm×1000 mm。幫錨桿規(guī)格為Ф20 mm×2200 mm 左旋全螺紋鋼，間排距1100 mm×1000 mm，每側兩根，靠上一根垂直煤幫沿水平方向施工，下部一根垂直煤幫與水平方向呈15°夾角施工。頂板及兩幫錨桿均采用樹脂加長錨固方式。頂板錨索采用直徑19.8 mm 的鋼絞線，長度為8300 mm，每排布置3 根錨索，間排距為1600 mm×2000 mm，采用3 支樹脂錨固劑端錨，兩幫錨桿每排2 根，間排距1100 mm×1550 mm，巷道表面噴射120 mm 厚C20 混凝土，底板澆筑150 mm厚C20 混凝土。錨桿、錨索詳細布置方式如圖1。

圖1 3101 底抽巷原支護方案（mm）

2.2 變形情況

3101 底抽巷自開挖后，巷道表層噴漿多處出現(xiàn)開裂、墜包、脫落，頂板多處下沉、冒落，幫部片幫內(nèi)鼓，巷道斷面整體收斂破壞，嚴重影響其正常使用。在距開口30 m 處進行鉆孔窺視，對3101 底抽巷圍巖塑性破壞范圍實測，典型圍巖破壞情況如圖2。距巷道表面3.0 m 深度范圍內(nèi)，圍巖破損嚴重，隨著深度的增大，破碎程度有所下降；深度3.0～6.5 m 范圍，圍巖內(nèi)存在多處垂直裂隙；當深度達到7.0 m 以上時，圍巖完整性較好。由此說明，原有支護方案條件下，圍巖松動破碎深度約為3.0 m，裂隙發(fā)育深度范圍3.0～7.0 m，7 m 以上深度范圍內(nèi)圍巖完整穩(wěn)定。

圖2 松動圈范圍實測

3 注漿加固方案模擬研究

采用FLAC3D軟件建立模型[1-2]，模擬分析圍巖注漿加固技術的應用效果及可行性。模型尺寸為50 m×50 m×33 m，巷道開挖斷面為直墻半圓拱，巷道周邊圍巖建立模型時網(wǎng)格加密處理，模型底面和四周施加位移約束條件，頂面施加12.5 MPa 垂直應力，測壓系數(shù)取1.3。參閱相關研究成果[3-4]，其中注漿漿液的水灰比是對注漿加固效果影響最大的因素，故首先對漿液水灰比的注漿效果進行模擬分析。取漿液水灰比分別為 0.6、0.7、0.8、0.9。相關試驗研究表明，圍巖注漿后其內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角、彈性模量均有所提升。為便于模擬分析，設定漿液水灰比為0.6 注漿后巷道圍巖內(nèi)聚力提高1 倍為C，內(nèi)摩擦角增大8°為φ，彈性模量提高0.5 倍為E。水灰比為0.7、0.8、0.9 時，內(nèi)聚力分別為0.9C、0.8C、0.7C，彈性模量和摩擦角同理。在原支護條件下及不同水灰比漿液注漿加固后巷道圍巖塑性破壞情況模擬結果如圖3（a）～（e），不同水灰比漿液注漿加固后巷道表面最大位移量如圖3（f）。

圖3 圍巖塑性區(qū)分布及表面位移量變化規(guī)律

由圖3 所示結果看出，未注漿條件下，頂板巖層塑性破壞深度達到3.0 m，幫部破壞深度3.5 m，底板破壞深度3.0 m。頂板及兩幫圍巖塑性破壞深度均已大于錨桿有效支護范圍（頂板錨桿長度2.4 m，幫錨桿2.2 m），表明原有支護方案無法控制圍巖的松動破壞，一定程度上證明了本次模型的合理性。各水灰比條件下注漿后，巷道圍巖塑性破壞范圍均有不同程度的減小。圍巖塑性破壞深度與水灰比成正相關，隨著水灰比的增大，頂板及兩幫圍巖塑性破壞深度增大。水灰比由0.6 增大至0.8，圍巖塑性破壞深度及巷道表面變形量無顯著增大；當水灰比由0.8 增大至0.9，巷道頂?shù)装寮皟蓭蛧鷰r塑性破壞深度均顯著增大，且巷道頂板下沉量及底板底鼓量也明顯增大，巷道圍巖塑性破壞深度及巷道表面變形量在漿液水灰比為 0.8 時產(chǎn)生突變。漿液水灰比小于0.8 時，巷道圍巖塑性破壞范圍小，圍巖穩(wěn)定量較好，綜合考慮經(jīng)濟等因素，確定注漿最佳水灰比為0.8。

4 注漿加固技術應用及效果分析

4.1 3101 底抽巷注漿加固方案

3101 底抽巷采用全斷面淺孔注漿+深孔注漿聯(lián)合加固方案。首先對巷道表面破壞部分擴刷、更換錨桿、錨索托盤，然后重新噴射C20 混凝土。采用錨桿鉆機施工注漿孔，鉆孔直徑約42 mm，淺部注漿孔深度3.0 m，深部注漿孔深度7.0 m。采用埋孔口注漿方式，注漿管直徑28 mm，淺部注漿管長約2.0 m，深部注漿管長約6.0 m。采用水泥-水玻璃雙液漿，水泥漿由普通425 硅酸鹽加水混合而成，水灰比0.8，水玻璃漿液濃度48～55°Be′，兩種漿液比例約為1:1。淺部注漿孔每排6 個，深部注漿孔每排7 個，間距2.0 m，排距4.0 m，淺部、深部注漿孔交替布置，布置詳情如圖4。注漿時按“先淺孔，后深孔，先下后上，先幫后頂”的順序施工，淺孔注漿壓力控制在2～3 MPa，深部注漿壓力控制在3～5 MPa。

圖4 注漿孔布置示意圖（mm）

4.2 注漿加固效果分析

3101 底抽巷采用上述方案注漿加固后，巷道表面位移量變化規(guī)律如圖5。注漿加固40 d 后，頂板及兩幫相對移近量趨于穩(wěn)定，頂?shù)装逡平糠€(wěn)定在45～62 mm 之間，兩幫移近量穩(wěn)定在70～85 mm 之間，均在工程設計誤差允許范圍之內(nèi)。巷道圍巖整體穩(wěn)定，表面噴層無明顯開裂，可認為加固方案支護效果理想。

圖5 巷道表面變形規(guī)律

5 主要結論和建議

通過對沁水東大煤礦3101 底抽巷在原支護方案條件下圍巖鉆孔窺視，松動破碎深度約3.0 m，裂隙發(fā)育深度范圍3.0～7.0 m，提出采用注漿技術加固圍巖。經(jīng)數(shù)值模擬分析表明，注漿加固可有效減小巷道圍巖塑性破壞深度，提高圍巖穩(wěn)定性，漿液最佳水灰比約為0.8?，F(xiàn)場應用后進行巷道表面位移監(jiān)測，頂?shù)装逡平孔畲笾当３衷?5～62 mm，兩幫移近量最大值保持在70～85 mm。注漿加固方案有效地控制了巷道表面的變形破壞，為礦井的安全高效生產(chǎn)提供保障。