大跨度變形巷道復(fù)合注漿與錨固聯(lián)合修復(fù)技術(shù)

李波

摘 要：王坡煤礦二采區(qū)集中軌道巷地應(yīng)力條件復(fù)雜，出現(xiàn)大范圍的嚴(yán)重變形，鉆孔窺視結(jié)果表明，頂板上方2.5 m內(nèi)出現(xiàn)大量離層。通過對巷道的變形和受力特征分析認(rèn)為集中軌道巷變形的主要原因是錨桿支護(hù)系統(tǒng)的支護(hù)強(qiáng)度偏弱和采動(dòng)影響。結(jié)合現(xiàn)場巷道變形條件和現(xiàn)有巷道加固技術(shù)，提出了復(fù)合注漿與錨固聯(lián)合修復(fù)方案，實(shí)踐表明該技術(shù)對于大跨度高應(yīng)力變形巷道的控制具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：大跨度巷道 注漿錨索 復(fù)合注漿 加固技術(shù)

中圖分類號(hào)：TD82 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）05（a）-0086-02

在煤礦開采過程中，隨著開采深度增加，頂板受力條件變得更復(fù)雜，巷道圍巖壓力會(huì)不斷增大，巷道維護(hù)變得更困難。特別是當(dāng)巷道跨度比較大時(shí)，極易出現(xiàn)圍巖受力變形，導(dǎo)致巷道控制困難，因此，大跨度易變形巷道的支護(hù)是目前亟待解決的一個(gè)重要問題。

1 現(xiàn)場地質(zhì)條件及出現(xiàn)問題的原因分析

王坡煤礦主采3#煤，平均厚度5.97 m，平均傾角為6°，抗壓強(qiáng)度為15.5 MPa，內(nèi)生節(jié)理裂隙發(fā)育，局部含有兩層夾矸。直接頂為砂質(zhì)泥巖，平均厚度4 m，抗壓強(qiáng)度為41.6 MPa，局部含有粗粉砂巖。底板為泥巖或細(xì)粉砂巖，平均厚度2.1 m，抗壓強(qiáng)度為36.7 MPa。

采區(qū)變電所、水泵房等永久硐室，分別布置在集中軌道巷與集中回風(fēng)巷、集中軌道巷與集中膠帶巷之間，局部巷道布置密度高、距離近，形成了近距離高密度巷道群，臨近區(qū)域采掘影響易造成圍巖失穩(wěn)甚至變形破壞（見圖1）。

集中軌道巷斷面尺寸為長×寬=4.5×3.1 m，沿煤層底板掘進(jìn)，巷道頂板有2.9 m的煤層、砂紙泥巖、中砂巖等巖層，全斷面采用錨桿索加噴漿聯(lián)合支護(hù)。但是在建井前期就已發(fā)生底鼓、幫頂噴層開裂等破壞，通過分析得出主要原因有以下三方面：

（1）受附近掘進(jìn)巷道和硐室開挖影響。由于采區(qū)變電所周圍巷道和硐室多，掘進(jìn)動(dòng)壓導(dǎo)致巷道與硐室之間的隔離煤柱圍巖失穩(wěn)、變形增大；（2）附近工作面開采的影響。3212綜采面回采動(dòng)壓導(dǎo)致巷道變形更加嚴(yán)重；（3）巷道支護(hù)強(qiáng)度不足。巷道埋深超過450 m，巷道兩幫圍巖處于應(yīng)力升高區(qū)，支護(hù)強(qiáng)度不足。

2 巷道圍巖鉆孔窺視及分析

為準(zhǔn)確了解巷道圍巖的破壞情況，進(jìn)行了圍巖結(jié)構(gòu)鉆孔窺視，見圖2。

頂板從開口處往頂板深部，裂隙開始表現(xiàn)為多而無序，說明圍巖破碎嚴(yán)重，隨著深度增加，裂隙多表現(xiàn)為水平橫向裂隙，裂隙多沿巖層的層理面擴(kuò)展，其中在2.4 m處發(fā)生離層，錨桿長度為2.3 m，離層范圍在錨桿錨固區(qū)外；隨著鉆孔深度繼續(xù)增加到4 m以后，橫向裂隙逐漸減少，鉆孔完整性保持較好，說明巷道頂板4 m深部處圍巖基本完好。

窺視結(jié)果表明，錨桿支護(hù)區(qū)域位于離層擴(kuò)展區(qū)以下，可能存在不穩(wěn)定和繼續(xù)離層的情況，為了控制表面錨桿錨固區(qū)巖層的繼續(xù)變形，需要設(shè)計(jì)加固方案在加固錨桿錨固區(qū)整體承載能力的同時(shí)，增加大結(jié)構(gòu)承載能力。

3 大跨度變形巷道加固技術(shù)的分析選擇

針對該礦大跨度變形巷道的實(shí)際情況，要求對其圍巖薄弱破碎區(qū)域進(jìn)行加固，防止巷道在服務(wù)期內(nèi)出現(xiàn)頂板破壞冒漏等事故，從而滿足巷道的支護(hù)要求，實(shí)現(xiàn)服務(wù)期間的安全。

變形巷道圍巖加固通?？刹扇〉姆椒òǎ?/p>

（1）棚式支架支護(hù)。

破碎圍巖巷道棚式支架配合金屬網(wǎng)維護(hù)，可以防止破碎煤巖體的突然塌落冒頂。但由于棚式支護(hù)為被動(dòng)支護(hù)，難以對巷道圍巖施加有效控制變形的預(yù)應(yīng)力。

（2）破碎圍巖錨桿、錨索支護(hù)。

對于已發(fā)生離層、破壞的巷道破碎圍巖，采用錨桿錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)時(shí)，由于圍巖開裂破壞，內(nèi)部完整結(jié)構(gòu)消失，可錨性下降，錨桿錨索預(yù)緊過程所需的錨固力不足。而且，圍巖內(nèi)部開裂離層部位將阻斷錨桿錨索作用于圍巖的預(yù)應(yīng)力在錨固區(qū)的傳遞，此時(shí)簡單的錨桿錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，也往往不能有效控制圍巖變形的發(fā)展。

（3）注漿加固。

對變形巷道進(jìn)行高壓注漿的目的是充填已經(jīng)變形的巷道圍巖內(nèi)部裂隙，將破碎圍巖進(jìn)行膠結(jié)加固，提高其自身的承載能力，重構(gòu)完整的圍巖巖體結(jié)構(gòu)，形成連續(xù)的巷道圍巖結(jié)構(gòu)體，以有利于錨桿（索）加固時(shí)圍巖內(nèi)部力的傳遞，可以顯著提高加固效果。因此，注漿加固是整個(gè)巷道加固的基礎(chǔ)，也是保證加固效果的基本條件。在實(shí)施高壓注漿后，破碎圍巖基本上可以恢復(fù)到連續(xù)狀態(tài)，但自身承載能力仍不能滿足巷道加固要求，注漿施工后必須補(bǔ)強(qiáng)對集中軌道巷圍巖的支護(hù)。

4 大跨度變形巷道圍巖加固的參數(shù)與實(shí)踐

根據(jù)前面研究確定集中軌道巷加固技術(shù)主要采用高壓復(fù)合注漿配合強(qiáng)力錨索支護(hù)，結(jié)合鉆孔窺視結(jié)果和工程類比法，綜合確定巷道加固采用初次水泥漿注漿、二次化學(xué)漿注漿和三次強(qiáng)力錨索補(bǔ)強(qiáng)的綜合加固順序，并確定相應(yīng)參數(shù)，如圖3所示。

水泥注漿加固參數(shù)：圍巖水泥注漿鉆孔成排五花布置，排距1.8 m，布置在兩排錨桿之間，間距1.2～1.6 m，兩幫靠近頂?shù)装宓淖{孔上仰或下扎15°，其余鉆孔垂直于兩幫；頂板靠近兩幫的注漿孔，外扎15°和45°，其余鉆孔垂直于頂板。幫孔深度6 m，頂孔深度4 m，孔口注漿壓力3～5 MPa。

如圖3（a）所示。

化學(xué)注漿加固參數(shù)：水泥注漿完成后，幫頂進(jìn)行化學(xué)注漿，進(jìn)一步改善圍巖結(jié)構(gòu)完整性?；瘜W(xué)注漿孔沿巷道斷面五花眼布置，排距2.7 m，間距2～2.25 m，化學(xué)注漿孔深度均為3 m，封孔深度0.8 m注漿終止壓力6～8 MPa。如圖3（b）所示。

圍巖補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)參數(shù)：化學(xué)注漿施工完成1天后，進(jìn)行注漿錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。錨索選用直徑22 mm的1×19絲錨索，長度5.3 m，采用一支K2335和兩支Z2360樹脂端部錨固，其余部分采用水泥漿錨固。頂板錨索采用三花布置，間距1.5 m，排拒1.8 m。巷幫錨索間距1.3 m，排拒1.8 m，底腳錨索下扎5～10°，其余幫錨索垂直巖面布置。如圖3（c）所示。

5 監(jiān)測效果分析

錨索受力監(jiān)測曲線如圖4所示，錨索在預(yù)緊后的兩三天內(nèi)預(yù)緊力均有不到10 kN的下降，這有兩方面的原因：一是儀器的誤差；二是注漿加固沒有將巷道圍巖內(nèi)的微小裂隙注實(shí)，導(dǎo)致在高預(yù)緊力的情況下，巷道圍巖內(nèi)的微小裂隙被壓實(shí)。在后期的監(jiān)測曲線可以看出，錨索一直處于穩(wěn)定狀態(tài)，且受力逐步增加，說明注漿加固工程施工質(zhì)量合格。

6 結(jié)論

（1）集中軌道巷發(fā)生變形和破壞的原因主要為巷道支護(hù)強(qiáng)度弱、應(yīng)力條件復(fù)雜和受到3212綜采面的開采采動(dòng)影響，鉆孔窺視結(jié)果顯示，巷道在離層和變形主要發(fā)生在距離巷道表面4 m范圍以內(nèi)。

（2）通過對比棚式支護(hù)、錨桿索支護(hù)和注漿加固等巷道加固修復(fù)技術(shù)的適應(yīng)性，綜合集中軌道巷的變形與裂隙發(fā)育特點(diǎn)，確定采用初次水泥漿注漿、二次化學(xué)漿注漿和三次強(qiáng)力錨索補(bǔ)強(qiáng)的綜合加固技術(shù)，并詳細(xì)設(shè)計(jì)了相應(yīng)的支護(hù)參數(shù)。

（3）現(xiàn)場的加固實(shí)踐表明，在集中軌道巷在采用修復(fù)加固技術(shù)以后支護(hù)體整體承載能力增強(qiáng)，支護(hù)構(gòu)件受力合理，對巷道的控制效果優(yōu)良。

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