偃龍礦區(qū)三軟煤層巷道底板注漿新型支護技術研究

張建偉　孫子干

摘要：永華公司嵩山煤礦井田地形較平坦，屬山丘與平原地區(qū)之間的丘陵地，地勢大致是南高北低、東高西低。礦井煤層較軟，頂?shù)装寰鶠榛屹|(zhì)泥巖和砂質(zhì)泥巖，地壓大，煤層巷道維護很困難?，F(xiàn)有的開拓、準備及回風巷道，一般都采用錨噴支護。文章通過對巷道巖層變化、頂?shù)装鍓毫Ψ治鰧υёo方式進行綜合分析，并研究了采用巷道底板進行底板注漿，巷道兩幫設置泄壓槽，底板防水治理技術進行新的支護。

關鍵詞：底鼓；底板注漿；泄壓槽；防水治理；底板注漿新型支護原理；錨噴支護

中圖分類號：TD353 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）10-0129-02

1 工程概況

嵩山煤礦2203膠帶巖石集中巷地面位置位于雷坡村以北300m下。區(qū)內(nèi)地形平緩，呈南東高、北西低趨勢，地面標高為+347.6～+358.0m，地表均為第四紀黃土層覆蓋。地面除溝渠、田間小路外，其余均為農(nóng)田。本區(qū)巖（煤）層位于嵩山背斜北翼，為單一緩傾斜構(gòu)造，走向近東西，傾向北，傾角9°～20°，平均15°；巷道設計沿L7灰?guī)r掘進，局部有摺曲或斷層。煤層結(jié)構(gòu)簡單，局部含一層夾矸。巖（煤）層普氏硬度系數(shù)1～8。2203膠帶巷設計沿L7灰?guī)r掘進，采用錨網(wǎng)噴支護。由于巷道圍巖壓力大，巷道內(nèi)經(jīng)常出現(xiàn)變形或底鼓現(xiàn)象，為此經(jīng)礦領導安排，在2203膠帶巷后巷進行底板注漿加固施工。

2 對巷道底板底鼓原因進行分析

2.1 巷道地質(zhì)變化引起應力重新分布

巷道在掘進過程中，巷道斷面巖層性質(zhì)發(fā)生變化，應力重新分布，底板巖體為砂質(zhì)泥巖，巖體強度降低、節(jié)理裂隙較為發(fā)育，底板強度低，巷道頂板、兩幫壓力較大，應力通過底板釋放導致底板鼓起。

2.2 錨網(wǎng)噴支護效果不佳

由于兩幫巖體性質(zhì)發(fā)生變化，上幫裂隙較為發(fā)育在打設幫錨過程中經(jīng)常發(fā)生卡鉆、鉆孔堵塞；錨桿注不到設計位置，錨桿間距、角度都不能按照設計打設；巖體裂隙發(fā)育夾雜裂隙水導致錨固劑凝固效果不理想。兩幫抗壓強度變小，底板收受壓力增大一定程度上會造成巷道底鼓。

2.3 圍巖裂隙發(fā)育，主動性支護方式單一

巷道巖性受構(gòu)造裂隙發(fā)育影響原有錨網(wǎng)噴支護方式不能起到很好的支護作用，巖石自身的主動防御性降低。當迎頭光面爆破結(jié)束后，巷道掘進完成后，圍巖應力超過該段巖層巖體的屈服強度時，軟弱的塑性物質(zhì)就會沿著最大應力梯度方向向消除阻力的自由面空間擠出。產(chǎn)生塑性擠出的圍巖主要是有裂隙發(fā)育、固結(jié)程度低的砂質(zhì)泥巖、泥灰?guī)r等軟弱巖體，當巷道處于這些巖層中時就會產(chǎn)生底鼓現(xiàn)象。

2.4 巷道涌水量加大，底板受水浸泡膨脹底鼓二1煤層底板直接充水含水層曾發(fā)生過遇斷層和裂隙發(fā)生突水的情況

通過試驗得知：未浸水前有微紋和完整的細粒砂巖、中粒砂巖和粉砂巖，浸水后一般無變化或無明顯變化。未浸水前有個別碎裂的砂質(zhì)泥巖，浸水1小時后，手觸即可裂開；未浸水前完整的砂質(zhì)泥巖，浸水后無變化；浸水前具裂紋的砂質(zhì)泥巖，浸水20分鐘后，具裂紋線明顯，沿裂隙個別處裂開，浸水5小時后，巖石完全裂開，手觸即散落或者手觸裂開。部分巷道煤層底板為砂質(zhì)泥巖，松軟，浸水后巖石開裂嚴重，底板抗壓強度降低，巷道底板底鼓嚴重。

3 底板注漿支護解決巷道底鼓的可行性分析

3.1 根據(jù)巷道圍巖內(nèi)部松動圈和該巷道圍巖的物理力學參數(shù)

根據(jù)收集的巷道資料整理分析得到巖性狀況，巷道裂隙發(fā)育時，巖性基本上是砂質(zhì)泥巖，此時巖石整體強度降低，遇風片幫嚴重，見水易開裂，底板抗壓強度降低；若僅采用錨網(wǎng)噴方式進行支護，從理論和實踐上都不能起到有效作用。如圖1所示：

3.2 底板注漿新型支護原理

3.2.1 底板泄壓。對底鼓較嚴重地段進行初次拉低，拉低達到設計深度后即可，每隔20m在巷道兩幫設置泄壓槽一個（500mm見方即可）。通過初次泄壓可以使巷道底板應力重新分布，設置的泄壓槽可以將應力集中起來避免整體巷道的底鼓。如圖2所示：

3.2.2 底板深孔注漿。注漿將裂隙發(fā)育的巖層進行密封和膠結(jié)，增加了巖石的整體性，用底板深孔注漿，注漿眼在10m左右，對頂板、底板進行加固，使其成為一體，提高圍巖的強度和自身承載結(jié)構(gòu)，保持巷道成型穩(wěn)定，底板和幫頂支撐結(jié)構(gòu)產(chǎn)生協(xié)調(diào)作用，基本上抑制住巷道底板和頂板變形（底板注漿和未進行底板注漿的巷道相比，巷道底鼓量降低90%）。

3.2.3 對涌水量較大的巷道進行底板防治水處理。利用注漿泵壓入石灰水，石灰與水相結(jié)合產(chǎn)生氫氧化鈣，吸收周圍水分，氫氧化鈣與二氧化碳形成碳酸鈣，起膠結(jié)軟弱巖層、開裂巖層作用。鈣離子與巖石表面的陽離子進行離子交換，使水膜變薄脫水，增強巖石的強度和抗水性。

4 支護方案設計

4.1 各項支護設計參數(shù)

巷道底板注漿采用ZQJJ-200/1.8型氣動架柱式鉆機（簡稱：地錨機）造孔。注漿采用ZBQ-15/6型氣動注漿泵。

底板注漿流程：地錨機開孔→鉆進1.5m后下φ108mm孔口管（1m）→注漿固定套管→透孔后進至分層注漿加固→進至設計孔深（10m）→注漿、封孔（壓力達到2MPa，根據(jù)現(xiàn)場實際情況無水可繼續(xù)鉆進）。

孔口管埋設后，用φ90mm沖擊器掃孔，并分層鉆進至10m，注入單液水泥漿（水灰重量比為1∶0.5～0.8）注漿期間發(fā)現(xiàn)底鼓停止注漿。加固套管時可用水泥、水玻璃雙液漿，正常注漿時必須是單液水泥漿。水泥采用PO32.5普通硅酸水泥。

4.2 現(xiàn)場底板注漿新型支護效果分析

巷道底板注漿新型支護方式，從根本上治理了巷道底鼓支護難的問題。有效抑制住底鼓快、底鼓量大，使巷道成型得到有效控制，減少返修工程增加功效，很大程度上增加了現(xiàn)場施工安全程度。

5 結(jié)語

（1）巷道底板注漿新型支護方式攻克了偃龍礦區(qū)三軟煤層巷道底鼓問題，對于原巖應力大、構(gòu)造應力強的巷道，巖石裂隙發(fā)育，采用傳統(tǒng)的支護方式已經(jīng)不能有效承載巷道圍巖壓力，控制巷道底鼓。新型支護方式可以既經(jīng)濟又有效地解決巷道底鼓問題。

（2）三軟煤層巷道支護過程中，不僅要對頂板、兩幫支護進行加固同時也要對底板進行處理。無支護的巷道底板往往成為巷道變形、頂板漿皮開裂的突破口。通過底板深孔注漿，對底板軟巖進行加固有效抑制住底板鼓起，形成立體式支護。

（3）巷道底板加固注漿后，巷道底板涌水量由20～40m3/h，降至1m3/h以下。充分說明通過底板注漿可以對巷道底板涌水有了較好的改善，有效解決了三軟煤層因巖石浸水底鼓的現(xiàn)象。

（4）巷道底板注漿新型支護方式操作簡便，施工起來較方便，機械化程度高、經(jīng)濟利潤高。

參考文獻

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作者簡介：張建偉（1975-），男，山東東明人，河南煤化集團永華公司嵩山煤礦機電工程師，注冊安全工程師，研究方向：機電技術管理；孫子干（1990-），男，河南永城人，河南煤化集團永華公司嵩山煤礦技術員，研究方向：煤礦開拓掘進相關技術和管理。

（責任編輯：吳 濤）