楊文忠

（霍州煤電集團(tuán)河津薛虎溝煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 霍州 031400）

引言

隨著東部及中部煤炭資源逐漸枯竭，煤炭生產(chǎn)重點(diǎn)逐漸轉(zhuǎn)移至山西、陜西、內(nèi)蒙古及新疆等區(qū)域[1-2]。隨著礦井開采范圍以及采掘深度增大，煤炭生產(chǎn)時(shí)會(huì)遇到軟巖，軟巖具備有強(qiáng)度低、膠結(jié)性差以及容易風(fēng)化等特點(diǎn)，給巷道掘進(jìn)及煤炭開采帶來(lái)一定制約[3-4]。針對(duì)軟巖巷道圍巖控制難度大問(wèn)題，眾多的研究學(xué)者對(duì)圍巖變形特征及支護(hù)技術(shù)展開研究，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、數(shù)值模擬、相似模擬等技術(shù)手段，對(duì)軟巖圍巖變形特征進(jìn)行分析；部分學(xué)者提出采用錨網(wǎng)索耦合支護(hù)、工字鋼架棚支護(hù)、圍巖注漿等各種支護(hù)措施，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用也取得一定成果[5-9]。文中以山西某礦50901 運(yùn)輸巷為工程背景，針對(duì)巷道圍巖松軟問(wèn)題，對(duì)巷道圍巖變形特征進(jìn)行分析并針對(duì)性提出以注漿、錨網(wǎng)索支護(hù)為核心的圍巖變形控制措施，實(shí)現(xiàn)了軟巖巷道圍巖變形有效控制，為采面煤炭開采創(chuàng)造良好條件。

1 工程概況

50901 綜采工作面為5 采區(qū)首采工作面，采面開采的9#煤層埋深平均480 m，厚度3.6 m，賦存穩(wěn)定，煤層傾角5°。9#煤層直接頂、直接底均為砂質(zhì)泥巖，厚度分別為4.12 m、9.6 m，砂質(zhì)泥巖強(qiáng)度及穩(wěn)定性較差，遇水容易崩解、弱化，單軸抗壓強(qiáng)度平均15.97 MPa；基本頂為砂巖，厚度7.9 m。50901 運(yùn)輸巷沿著9#煤層底板掘進(jìn)，采用綜掘方式，巷道為矩形斷面（凈高3.6 m、凈寬5.2 m）。圍巖支護(hù)采用錨網(wǎng)索方式，具體支護(hù)斷面，如圖1 所示。在巷道采面幫用玻璃鋼錨桿（規(guī)格Φ20 mm×2 400 mm），煤柱幫及頂板用螺紋鋼錨桿（規(guī)格Φ20 mm×2 400 mm），巷幫錨桿間排距均為800mm；頂板錨桿間排距均為700 mm。在頂板布置錨索（規(guī)格Φ18.6 mm×7 300 mm），錨固端位于直接頂上覆堅(jiān)硬且穩(wěn)定砂巖層中，一排布置3 根，間排距均為1 400 mm。在煤柱幫及采面幫分別用金屬網(wǎng)、塑料網(wǎng)護(hù)幫。

圖1 巷道圍巖原支護(hù)斷面（單位：mm）

2 巷道圍巖變形特征

50901 運(yùn)輸巷為定性的軟巖巷道，具體巷道掘進(jìn)后現(xiàn)場(chǎng)圍巖變形情況，如圖2 所示。從圖中看出，巷道頂板靠近煤柱幫位置處下沉量較為明顯。巷道圍巖變形以頂板下沉為主，在局部位置存在有底鼓情況，底鼓量整體較小。導(dǎo)致巷道頂板下沉量較大的主要原因是頂板巖層為穩(wěn)定性及承載能力較差的砂質(zhì)泥巖，由于強(qiáng)度較低、承載能力差，導(dǎo)致頂板巖層離層、破壞情況較為明顯；在巷道頂板靠近幫肩位置處下沉量較大的原因是：巷道斷面為矩形且寬度達(dá)到5.2 m，在幫肩位置容易出現(xiàn)應(yīng)力集中，同時(shí)巷道寬度較大導(dǎo)致錨索無(wú)法對(duì)頂板靠近巷幫位置進(jìn)行控制。

圖2 巷道圍巖變形現(xiàn)場(chǎng)圖

采用鉆孔窺視技術(shù)對(duì)50901 運(yùn)輸巷頂板進(jìn)行探測(cè)，具體探測(cè)結(jié)果如下頁(yè)圖3 所示。從如匯總看出，巷道頂板離層、破裂情況明顯。50901 運(yùn)輸巷頂板下沉量較大，會(huì)給巷道后續(xù)使用帶來(lái)制約，應(yīng)針對(duì)50901運(yùn)輸巷圍巖變形特征針對(duì)性采取頂板加固技術(shù)措施。

圖3 鉆孔窺視成果圖

3 圍巖注漿加固技術(shù)

3.1 注漿加固方案

50901 運(yùn)輸巷頂板為承載能力較差的砂質(zhì)泥巖，為提高頂板穩(wěn)定性降低下沉量，提出采用注漿方式對(duì)頂板進(jìn)行加固，并充分發(fā)揮錨桿索原有的支護(hù)效果，有效控制圍巖變形。在50901 運(yùn)輸巷采用注漿方式提高頂板穩(wěn)定性，由于注漿壓力較高，為避免注漿過(guò)程中出現(xiàn)頂板垮塌、冒落等問(wèn)題，在注漿加固區(qū)域采用單體、工字鋼進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固。

根據(jù)50901 運(yùn)輸巷頂板鉆孔窺視探測(cè)結(jié)果以及巷道斷面、裂隙分布特征等，提出采用淺孔、深孔相結(jié)合方式進(jìn)行注漿，淺孔、深孔孔深分別為3 000 mm、5 000 mm，布置間排距分別為1 250 mm×1 250 mm、2 500 mm×2 500 mm，具體注漿鉆孔布置，如圖4 所示。淺部注漿孔一排布置4 個(gè)，排間鉆孔呈三花眼形式；深部注漿孔按照3-2-3 布置形式，兩排間鉆孔呈三花眼形式。鉆孔注漿漿液選擇水泥單液漿，水灰質(zhì)量比初步按照1∶1.8 設(shè)計(jì)并并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)注漿情況進(jìn)行調(diào)整；注漿壓力淺孔為3 MPa～5 MPa、深孔為5 MPa～8 MPa。

圖4 注漿鉆孔布置示意圖

3.2 注漿加固效果

注漿加固效果評(píng)價(jià)最為直觀的指標(biāo)為頂板下沉量、錨桿（索）圍巖受力變化情況以及頂板巖層離層情況等。對(duì)注漿加固后頂板變形量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在監(jiān)測(cè)期間（共計(jì)30 d）頂板變形增加量為15 mm，下沉量穩(wěn)定到355 mm。頂板變形主要發(fā)生在注漿加固前，注漿加固后變形量?jī)H增加15 mm 且短時(shí)間內(nèi)下沉量即趨于穩(wěn)定，表現(xiàn)采取的注漿后可有效控制。

采用鉆孔窺視技術(shù)對(duì)注漿后頂板巖層情況進(jìn)行窺視，并對(duì)錨桿索受力情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。從窺視結(jié)果看出，注漿漿液在頂板原生裂隙以及離層裂隙中擴(kuò)散，將破碎、離層巖體膠結(jié)為完整整體，提升頂板整體穩(wěn)定性及強(qiáng)度。在注漿過(guò)程中部分漿液沿著錨桿、錨索鉆孔裂隙流出，對(duì)錨桿、錨索鉆孔裂隙進(jìn)行封堵后漿液在錨桿、錨索鉆孔內(nèi)膠結(jié)相當(dāng)于增加錨桿、錨索錨固長(zhǎng)度。對(duì)注漿加固區(qū)錨索拉拔力進(jìn)行測(cè)試，以便評(píng)價(jià)注漿加固效果。具體拉拔力測(cè)試結(jié)果，如表1 所示。

表1 錨索拉拔力測(cè)試結(jié)果

從表1 中看出，注漿加固區(qū)內(nèi)錨索伸長(zhǎng)量未增加，錨索拉拔力迅速增至設(shè)計(jì)拉拔力，測(cè)定發(fā)現(xiàn)注漿加固區(qū)錨索拉拔力均在為245.7 kN，表明注漿加固后錨索錨固效果有所提升。

4 總結(jié)

對(duì)50901 運(yùn)輸巷現(xiàn)場(chǎng)條件分析進(jìn)行分析，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況提出以注漿加固為核心的圍巖控制技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用取得如下成果：

1）通過(guò)對(duì)50901 運(yùn)輸巷現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，運(yùn)輸巷圍巖圍巖變形以頂板下沉為主，其中在頂板靠近幫肩位置下沉量較大；局部位置出現(xiàn)一定底鼓。在頂板下沉嚴(yán)重區(qū)巖層離層明顯，頂板破碎且裂隙發(fā)育。導(dǎo)致50901 運(yùn)輸巷頂板下沉量較大的主要原因頂板砂質(zhì)泥巖巖層穩(wěn)定性較差。

2）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)圍巖變形特征，提出采用注漿方式提高頂板巖層穩(wěn)定性，充分發(fā)揮錨桿索主動(dòng)支護(hù)效果。依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況對(duì)注漿加固方案進(jìn)行設(shè)計(jì)?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，注漿加固段頂板離層情況得以有效解決，錨索拉拔力在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，頂板變形量得以有效控制。注漿加固后，50901 運(yùn)輸巷圍巖變形問(wèn)題得以有效解決。