采動應(yīng)力影響下巷道圍巖變形破壞機(jī)理及注漿加固技術(shù)

付玉凱

(1.天地科技股份有限公司 開采設(shè)計事業(yè)部，北京 100013；2.煤炭科學(xué)研究總院 開采研究分院，北京 100013；3.煤炭資源高效開采與潔凈利用國家重點實驗室(煤炭科學(xué)研究總院)，北京 100013)

巷道支護(hù)理論與技術(shù)

采動應(yīng)力影響下巷道圍巖變形破壞機(jī)理及注漿加固技術(shù)

付玉凱1，2，3

(1.天地科技股份有限公司 開采設(shè)計事業(yè)部，北京 100013；2.煤炭科學(xué)研究總院 開采研究分院，北京 100013；3.煤炭資源高效開采與潔凈利用國家重點實驗室(煤炭科學(xué)研究總院)，北京 100013)

以晉城礦區(qū)成莊礦5308工作面雙巷布置留巷為工程背景，基于現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)，分析了留巷巷道變形破壞特征和影響因素。采用FLAC3D數(shù)值模擬軟件，分別研究了留巷巷道在掘進(jìn)、臨近工作面回采、本工作面回采過程中的圍巖應(yīng)力場分布特征和變形破壞規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，提出了以淺孔-深孔注漿加固和注漿錨索聯(lián)合加固方案，并進(jìn)行了工業(yè)性試驗。研究結(jié)果表明：留巷巷道受到臨近工作面和本工作面雙重采動應(yīng)力的影響后，礦壓顯現(xiàn)劇烈，巷道維護(hù)困難。采用注漿加固支護(hù)后，水泥漿液充填了煤巖體節(jié)理、裂隙，同時也使破碎煤巖體成為了膠結(jié)體，改善了破碎煤巖體的力學(xué)特性；注漿錨索使圍巖的承載能力顯著增強(qiáng)，有效控制了圍巖的不連續(xù)變形。

采動應(yīng)力；圍巖變形；注漿加固；留巷；數(shù)值模擬

隨著礦井采深的增加，煤層地質(zhì)賦存條件越來越復(fù)雜，煤層瓦斯含量逐漸增大，為了有效治理煤層瓦斯，許多煤礦工作面采用多巷布置方式[1-2]。這種布置方式的主要優(yōu)點是不但解決了高瓦斯煤層抽采接替問題，還縮短了工作面的布置時間，本工作面的巷道可以為鄰近工作面服務(wù)。但是這種布置方式最大的問題是留巷不僅受到本工作面超前和滯后采動應(yīng)力的影響，而且還要受到下一個工作面超前采動應(yīng)力的影響，巷道要服務(wù)2個工作面，維護(hù)時間長，維護(hù)非常困難。

針對采動應(yīng)力影響下巷道圍巖變形破壞規(guī)律，國內(nèi)外學(xué)者主要在煤柱變形破壞機(jī)理和圍巖控制兩個方面進(jìn)行了大量研究，提出了許多研究成果。在煤柱變形破壞機(jī)理和煤柱留設(shè)寬度方面：王永革[3]針對晉城礦區(qū)大采高工作面，研究了其在回采過程中對留巷圍巖應(yīng)力、圍巖變形破壞的影響；王德璋[4]采用現(xiàn)場測試的方法，對留巷巷道圍巖變形破壞規(guī)律進(jìn)行了研究，得出了煤柱的合理留設(shè)寬度；馮吉成、馬念杰等人[5]采用理論分析、數(shù)值計算和現(xiàn)場測試等手段，對深部大采高工作面的煤柱尺寸進(jìn)行了研究，確定了留巷巷道合理煤柱尺寸；鄭仰發(fā)、鞠文君等[6]采用空心包體三維應(yīng)變監(jiān)測方法現(xiàn)場實測了不同煤柱寬度下圍巖應(yīng)力和變形動態(tài)變化情況，并確定了煤柱留設(shè)的合理尺寸范圍。

目前，留巷支護(hù)主要有兩種方法，一是首先在巷道掘進(jìn)過程中采用普通支護(hù)手段，比如錨桿、錨索支護(hù)，然后在本工作面和鄰近工作面回采時再進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)；二是采用一次性強(qiáng)力支護(hù)技術(shù)[7-8]，即在巷道掘進(jìn)時采用高強(qiáng)錨桿、高強(qiáng)錨索等支護(hù)材料一次性對圍巖進(jìn)行控制，從而實現(xiàn)留巷巷道在整個服務(wù)周期內(nèi)不需要維修和補(bǔ)強(qiáng)，但一次性強(qiáng)力支護(hù)技術(shù)易造成錨桿、錨索破斷、滑脫等失效，不適合大變形動壓巷道。

基于晉城成莊煤礦的生產(chǎn)和地質(zhì)條件，采用數(shù)值模擬的方法對留巷巷道的變形破壞特征進(jìn)行研究，根據(jù)巷道變形破壞規(guī)律，提出留巷巷道圍巖加固方案，對方案進(jìn)行井下試驗，驗證控制方案的可行性。

1 留巷巷道變形破壞特征及影響因素分析

1.1 采動應(yīng)力下圍巖變形破壞特征

晉城成莊礦工作面巷道通常采用雙巷布置方式，5308工作面巷道布置如圖1所示。工作面長度為221m，工作面走向長度2748.1m。其中53082巷原為相鄰5306綜放工作面的5216副巷，與5306工作面采空區(qū)之間凈煤柱為35m，是已經(jīng)受5306工作面回采動壓影響的留巷巷道，目前為本工作面的回風(fēng)巷。本工作面在回采時，53082巷要保留下來，從而形成工作面的“Y”型通風(fēng)。53082巷與5211巷道之間的煤柱寬度為35m，53082巷與53083巷之間的煤柱也為35m，53082巷沿煤層頂板掘進(jìn)，5211和53083巷道沿煤層底板掘進(jìn)，巷道斷面均為矩形，其中，53082巷寬4.5m，巷高3.2m，5211巷寬5.5m，巷高3.8m，53083巷寬5.5m，巷高3.8m。

圖1 5308工作面巷道平面布置示意

成莊礦主要開采3號煤層，平均厚度6.07m，傾角5°，埋深472m。3號煤層基本頂為中粒砂巖，淺灰色，中厚層狀，成分以石英、長石為主，含泥質(zhì)條帶，分選磨圓一般，巖芯完整，厚度平均為4.8m。直接頂為砂質(zhì)泥巖，灰黑色，薄層狀，含大量植物化石，巖芯完整，單軸抗壓強(qiáng)度為35.9～65.8MPa，厚度平均為2.89m?；卷敒橹辛Ｉ皫r，單軸抗壓強(qiáng)度為79.9～91.2MPa。直接底和老底均為砂質(zhì)泥巖，灰黑色，中厚層狀，含植物化石，含砂質(zhì)較多，巖砂泥互層狀，局部夾薄層細(xì)砂巖，總厚度平均為5.83m。3號煤層巖性描述如表1所示。

表1 5308工作面頂?shù)装鍘r性

53082巷在掘進(jìn)期間巷道變形量較小，兩幫收斂僅20mm左右，煤柱側(cè)略大；頂板下沉量幾乎為0。頂板錨桿受力位于94～125kN之間，約為錨桿破斷載荷的40%～50%。

在5306工作面回采期間，對53082巷進(jìn)行了礦壓監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果表明：5306工作面回采期間，巷道受到工作面超前采動應(yīng)力的影響后，圍巖變形增加，但增加幅度不大。圍巖增加比較顯著的區(qū)域位于5306工作面后方400m范圍內(nèi)。兩幫收斂量為350mm，頂板下沉量為150mm，底鼓比較嚴(yán)重，嚴(yán)重區(qū)域達(dá)到1000mm以上。在53082巷的構(gòu)造區(qū)域地段，由于含有小型構(gòu)造，局部淋水，底鼓達(dá)到1300mm以上，兩幫收斂和頂板下沉嚴(yán)重，圍巖破碎。

1.2 采動應(yīng)力下圍巖變形影響因素

根據(jù)現(xiàn)場留巷變形破壞情況，可以看出影響留巷巷道變形破壞的主要因素有以下幾個方面[9-11]：

(1)圍巖力學(xué)性質(zhì) 圍巖性質(zhì)和圍巖強(qiáng)度對留巷巷道變形影響顯著。通常煤層強(qiáng)度小于頂板巖層強(qiáng)度，所以留巷巷道兩幫收斂通常大于頂板下沉，尤其是巷道沿煤層頂板掘進(jìn)，底板煤層松軟破碎，且無支護(hù)，底板常常發(fā)生強(qiáng)烈底鼓。

(2)地應(yīng)力影響 地應(yīng)力中主應(yīng)力方向和大小對留巷巷道變形破壞影響很大，地應(yīng)力越大，最大主應(yīng)力和巷道軸向夾角越大，圍巖變形破壞越嚴(yán)重。

(3)地質(zhì)構(gòu)造的影響 留巷巷道在地質(zhì)構(gòu)造影響區(qū)域，圍巖節(jié)理、裂隙發(fā)育，圍巖強(qiáng)度顯著降低，受到鄰近工作面采動影響后，巷道變形嚴(yán)重，易出現(xiàn)冒頂。

(4)煤柱尺寸 煤柱尺寸是影響留巷巷道變形的主要因素，煤柱尺寸過小，留巷巷道在側(cè)向支承壓力下變形很大，圍巖控制困難。

(5)其他影響因素 除了上述影響因素外，留巷巷道斷面大小、斷面形狀、支護(hù)參數(shù)及采煤工作面參數(shù)也影響留巷巷道圍巖的穩(wěn)定。通常拱形斷面、小斷面留巷圍巖變形較小，而矩形斷面、大斷面不利于留巷圍巖穩(wěn)定，且易產(chǎn)生大變形?；夭晒ぷ髅鎱?shù)影響留巷超前支承壓力的分布，從而影響留巷巷道圍巖的變形和破壞。

2 采動應(yīng)力影響下巷道變形破壞數(shù)值模擬

為了深入了解留巷巷道變形破壞機(jī)理，選擇成莊礦53082巷作為研究對象，采用FLAC3D軟件，分析受多次采動應(yīng)力影響巷道圍巖變形破壞機(jī)理。

2.1 數(shù)值模型的建立

模擬的5308工作面最大水平主應(yīng)力為16.06MPa，方向為N18°W，最小水平主應(yīng)力為12.18MPa，垂直應(yīng)力為9.40MPa。巷道圍巖物理力學(xué)參數(shù)見表2。

表2 巷道圍巖物理力學(xué)參數(shù)

模型共分為7層，劃分172800個單元，模型尺寸為400m×100m×70m(長×寬×高)。采用莫爾-庫侖屈服準(zhǔn)則。

模擬3個部分：53082巷、5211巷和53083巷掘進(jìn)過程中巷道圍巖變形破壞規(guī)律；5306工作面回采前后53082巷道圍巖變形情況及煤柱應(yīng)力分布；5308工作面回采前后53082巷道變形破壞情況及煤柱應(yīng)力分布。

建立的模型見圖2所示。

圖2 5308工作面數(shù)值模型

2.2 模擬結(jié)果分析

2.2.153082巷掘進(jìn)過程中巷道圍巖應(yīng)力場演化規(guī)律

5308工作面的53082巷距53083巷、5211巷的煤柱均為35m，53082巷、53083巷和5211巷掘進(jìn)過程中的巷道周圍垂直應(yīng)力分布如圖3和圖4所示，圖中，X為模型長度方向尺寸，Y為模型寬度方向尺寸。

圖3 53082巷掘進(jìn)過程中巷道垂直應(yīng)力分布

圖4 53082巷掘進(jìn)過程中巷道周圍垂直應(yīng)力分布

從圖中可以看出，當(dāng)巷道掘進(jìn)后，巷道頂板、兩幫形成了較高的應(yīng)力集中，而巷道底板應(yīng)力水平較低，處于卸壓狀態(tài)。巷道頂板應(yīng)力集中區(qū)主要位于頂板以上10m范圍內(nèi)，而兩幫應(yīng)力集中區(qū)位于幫部兩側(cè)20m范圍內(nèi)，并且在53082巷、53083巷和5211巷之間的煤柱產(chǎn)生了應(yīng)力集中現(xiàn)象，但應(yīng)力集中現(xiàn)象不明顯，這主要是由于巷道斷面小，巷道開挖造成的應(yīng)力集中影響范圍有限。

53082巷、53083巷和5211巷的垂直應(yīng)力和塑性區(qū)分布也明顯不同，由于53082巷沿煤層頂板掘進(jìn)，巷道底板為煤層，巷道頂板為巖層，所以53082巷頂板塑性區(qū)較小，而底板塑性區(qū)和卸壓區(qū)較大，這也揭示了現(xiàn)場53082巷頂板完整性好，而底鼓嚴(yán)重的原因。53083巷沿煤層底板掘進(jìn)，巷道寬度大，所以巷道頂板和底板塑性區(qū)顯著增大，頂板和底板維護(hù)困難。5211巷斷面較小，支護(hù)強(qiáng)度相對較高，掘進(jìn)時，巷道整體應(yīng)力分布均勻，頂?shù)装搴蛢蓭退苄詤^(qū)均較小。

2.2.25306工作面回采過程中53082巷道圍巖應(yīng)力場演化規(guī)律

5306工作面部分回采時圍巖垂直應(yīng)力分布如圖5所示。

圖5 5306工作面與留巷周圍垂直應(yīng)力分布

從圖5中可以看出，在5306工作面回采過程中，工作面前方形成了應(yīng)力集中區(qū)，應(yīng)力集中影響范圍達(dá)到了40m以上，應(yīng)力峰值位于工作面前方8～10m，集中應(yīng)力達(dá)到28MPa以上，約等于原巖垂直應(yīng)力的3倍。在工作面前方煤柱之間的應(yīng)力集中現(xiàn)象較小，在5306工作面回采后方，尤其是工作面回采超過40m以上時，工作面和53082巷之間煤柱產(chǎn)生了集中應(yīng)力，集中應(yīng)力位于工作面與53082巷之間，達(dá)到30MPa以上，集中應(yīng)力對53082巷的圍巖應(yīng)力產(chǎn)生了明顯的擾動。

5306工作面回采時，工作面?zhèn)认蛐纬闪藨?yīng)力集中區(qū)，側(cè)向應(yīng)力集中于53082巷掘進(jìn)應(yīng)力集中區(qū)相互疊加，使53082巷周圍的應(yīng)力集中系數(shù)大大增加，在53082巷兩側(cè)的煤柱應(yīng)力呈現(xiàn)出右側(cè)高，左側(cè)低的特征，且靠5306工作面一側(cè)的煤柱承受更高的垂直應(yīng)力，這也說明5306工作面的回采對53082巷產(chǎn)生了更嚴(yán)重的采動影響，由于工作面回采的影響，53082巷和53083巷底板的塑性區(qū)范圍進(jìn)一步增大，尤其是右?guī)?，變形更加?yán)重。

2.2.35308工作面回采過程中53082巷道圍巖應(yīng)力場演化規(guī)律

5306工作面回采后，5308工作面變成了孤島工作面，隨著5308工作面的回采，53082巷受到兩次動壓的影響。5308工作面部分回采時圍巖垂直應(yīng)力分布如圖6所示。

圖6 5308工作面與留巷周圍垂直應(yīng)力分布

從圖6中可以看出，5306工作面回采結(jié)束后，其與53082巷之間煤柱形成了集中應(yīng)力，53082巷右側(cè)的應(yīng)力集中程度明顯較大。隨著5308工作面的回采，該工作面采空區(qū)和53082巷之間的煤柱也產(chǎn)生了應(yīng)力集中現(xiàn)象，53082巷不但受到5308工作面前方支承壓力的影響，同時還受到5308工作面回采側(cè)向支承壓力的影響。

當(dāng)煤柱距工作面10m左右時，煤柱垂直應(yīng)力達(dá)到最大值。由于煤柱寬度為35m，煤柱尺寸較大，煤柱最大集中應(yīng)力位于煤柱中部，相對于小煤柱的應(yīng)力集中系數(shù)，大煤柱的最大集中應(yīng)力值較低，53082巷周圍的應(yīng)力集中程度較小，巷道受力狀態(tài)較好。

2.2.4 53082留巷巷道變形特征

53082巷在掘進(jìn)過程中以及在5306工作面和5308工作面回采時，53082巷圍巖位移曲線見圖7。位移監(jiān)測點分別設(shè)置在53082巷的頂板中部、底板中部及兩幫中部。

圖7 53082留巷圍巖位移變化曲線

53082巷在掘進(jìn)過程中，尤其是開挖初期，巷道位移量顯著增加，其中底板變形速度較快，而頂板和兩幫由于支護(hù)的作用，頂板下沉速度較慢。巷道開挖一段時間后，頂板、底板和兩幫變形趨于穩(wěn)定，頂板下沉量達(dá)到100mm，底鼓量達(dá)到350mm，兩幫移近量達(dá)到190mm，底鼓量明顯大于巷道頂板下沉量和兩幫移近量，這說明采用錨網(wǎng)索支護(hù)及時控制了巷道頂板的下沉和兩幫的移近。

當(dāng)5306工作面回采時，由于53082巷受到鄰近工作面采動應(yīng)力的影響，巷道底鼓量、頂板下沉量及兩幫移近量進(jìn)一步增加，底鼓量從350mm增加至450mm，頂板下沉量從100mm增加至300mm，而兩幫移近量從190mm增加至520mm，兩幫移近量增加幅度明顯大于頂?shù)装逡平浚?306工作面回采一段時間后，巷道頂板和底板趨于穩(wěn)定?？梢?，53082巷在受到5306工作面采動應(yīng)力的影響后，巷道變形主要以巷幫位移為主。

當(dāng)5308工作面回采時，53082巷底鼓量、頂板位移量和兩幫變形量都明顯增加，當(dāng)5308工作面全部采完后，底鼓量達(dá)到580mm，頂板下沉量達(dá)到420mm，而兩幫移近量達(dá)到530mm?？梢姡?308工作面的后方53082留巷主要以巷道底鼓和兩幫位移為主。

3 留巷巷道圍巖控制對策

3.1 留巷巷道圍巖加固原則

針對成莊礦53082巷地質(zhì)力學(xué)環(huán)境、變形破壞范圍、應(yīng)力分布狀態(tài)等因素，結(jié)合已有研究成果[12-13]，提出以下圍巖控制原則。

(1)圍巖控制的主要目的是保持圍巖穩(wěn)定，把支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖視為統(tǒng)一承載體，使兩者能夠協(xié)調(diào)變形、統(tǒng)一承載，既要保證支護(hù)結(jié)構(gòu)的剛度大于其臨界剛度，還要保證支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖整體協(xié)調(diào)變形。

(2)恢復(fù)圍巖完整性、強(qiáng)度。受到采動影響的巷道圍巖內(nèi)部節(jié)理、裂隙發(fā)育。若不進(jìn)行注漿加固恢復(fù)其完整性、強(qiáng)度，僅進(jìn)行補(bǔ)打錨索，錨索無法施加高預(yù)應(yīng)力，也無法有效傳遞其預(yù)應(yīng)力，且錨固段錨固力低，錨索容易產(chǎn)生滑脫、失效等現(xiàn)象，所以圍巖控制前，必須進(jìn)行注漿加固，注漿漿液將破碎煤巖體粘接為膠結(jié)體，改善了圍巖力學(xué)特性，還有效充填了巖體的節(jié)理、裂隙，封堵了導(dǎo)水通道，抑制淋水、空氣的侵蝕。

(3)高預(yù)應(yīng)力、全長錨固支護(hù)原則。與新掘巷道相比，采動應(yīng)力影響的巷道圍巖已出現(xiàn)不連續(xù)有害變形，若采用傳統(tǒng)的“先柔后剛”支護(hù)理念，不但無法控制圍巖穩(wěn)定，還會導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)大量失效，圍巖內(nèi)部節(jié)理、裂隙無法抑制。因此，對于返修圍巖必須及時采用高預(yù)應(yīng)力、全長錨固支護(hù)方式，高預(yù)應(yīng)力可以有效控制圍巖內(nèi)部節(jié)理、裂隙的張開，全長錨固可抑制巖層間的錯動、滑動。

(4)留巷圍巖加固后，要進(jìn)行礦壓觀測，通過分析礦壓觀測結(jié)果，進(jìn)行支護(hù)效果評價，進(jìn)而反饋圍巖控制方案的合理性，并對加固方案進(jìn)行修改、完善，從而保證留巷圍巖的長期穩(wěn)定。

3.2 圍巖注漿加固和注漿錨索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)

根據(jù)留巷巷道圍巖失穩(wěn)破壞機(jī)理、破壞深度和深部破碎圍巖控制原則，提出了53082巷圍巖加固方案。首先采用水泥-水玻璃雙液漿進(jìn)行幫頂淺孔注漿加固，使水泥漿充填圍巖較大節(jié)理、裂隙，在圍巖淺部形成封閉層，從而抑制深部注漿時漿液泄漏；然后采用高注漿壓力在圍巖深部進(jìn)行注漿，注漿漿液也采用水泥-水玻璃雙液漿，高注漿壓力進(jìn)一步充填巖體微裂隙，大大提高巖體強(qiáng)度。注漿加固后的巖體可以為注漿錨索提供較高的錨固力，并且加固后的完整性巖體有利于高預(yù)應(yīng)力向巖體深部傳遞；最后采用注漿錨索加固，高預(yù)應(yīng)力注漿錨索可有效抑制圍巖內(nèi)部節(jié)理、裂隙的產(chǎn)生，也可以阻止圍巖內(nèi)部巖體和注漿漿液形成結(jié)石體的再次破壞，從而控制圍巖的整體穩(wěn)定。

(1)53082巷起底，噴漿封閉。由于53082巷底鼓達(dá)到1300mm以上，為了巷道的通風(fēng)和正常運輸，首先采用綜掘機(jī)進(jìn)行起底，起底后幫部補(bǔ)打錨桿支護(hù)，并整體噴射厚度50mm的C20混凝土封閉層，噴層不但可以起到封閉防風(fēng)化作用，還可以防止注漿時漿液跑漏。

(2)幫頂圍巖水泥漿液-水玻璃漿液淺孔注漿。水泥漿液的水灰比為1∶1，并添加XPM添加劑(添加劑能有效提高水泥漿的流動性和降低其離析、沉淀等)，添加劑用量為水泥重量的10%。水玻璃濃度38～42Be’，模數(shù)M為2.8～3.2，水泥漿和水玻璃的體積比1∶0.4。

幫頂注漿鉆孔直徑36mm，孔深2000mm，注漿孔成五花布置，注漿孔排距2000mm，幫部注漿孔間距1300mm和1500mm，頂板注漿孔間距1200mm和1400mm。鉆孔孔口采用埋800mm長鋼質(zhì)注漿管，孔內(nèi)采用長1000mm的白塑料射漿管，全長一次注漿施工，注漿終止壓力1～3MPa。

(3)水泥漿液-水玻璃漿液深孔注漿。幫頂注漿鉆孔直徑36mm，幫部孔深8000mm，頂板孔深6000mm，注漿孔成五花布置，注漿孔排距2000mm，幫部注漿孔間距1300mm和1500mm，頂板注漿孔間距1200mm和1400mm。鉆孔孔口采用埋800mm長鋼質(zhì)注漿管，幫部孔內(nèi)采用長7000mm的白塑料射漿管，頂板采用5000mm的白塑料射漿管，全長一次注漿施工，注漿終止壓力4～6MPa。

(4)注漿結(jié)束后，施工注漿錨索。頂板注漿錨索直徑21.6mm，長度7400mm，錨索成“三-三”布置，排距1000mm，間距1760mm，采用樹脂端部錨固，3支低黏度錨固劑，1支規(guī)格為K2335，另2支規(guī)格為Z2360，樹脂錨固長度為1970mm，錨固完成后張拉至250kN，然后進(jìn)行水泥漿注漿，注漿壓力2～3MPa，從而形成全長預(yù)應(yīng)力錨固。

幫部注漿錨索直徑21.6mm，長度4300mm，成“三-二”布置，排距1000mm，間距2350mm和1400mm，底角下扎錨索采用灌漿錨固，錨固長度2000mm，錨固7d后進(jìn)行張拉、注漿，從而形成全長預(yù)應(yīng)力錨固。其余錨索采用樹脂端部錨固，3支低黏度錨固劑，1支規(guī)格為K2335，另2支規(guī)格為Z2360，樹脂錨固長度為1970mm，錨固完成后張拉至250kN，然后進(jìn)行水泥漿注漿，從而形成全長預(yù)應(yīng)力錨固。

3.3 53082巷穩(wěn)定性監(jiān)測及分析

53082巷采用了注漿加固和注漿錨索聯(lián)合支護(hù)后，隨著5308工作面的回采，巷道圍巖超前工作面100m時圍巖變形量不大。但隨著工作面的回采，圍巖變形逐步增加，工作面回采至留巷測站區(qū)域時，巷道頂板下沉量為150mm，底板底鼓量為350mm，兩幫收斂量為260mm，53082巷注漿加固后圍巖位移情況見圖8，巷道無需維修即可滿足5308工作面回采使用要求。

圖8 53082巷注漿加固后圍巖位移曲線

53082巷加固完成后，為了勘查圍巖內(nèi)部裂隙被注漿漿液充填情況，采用鉆孔窺視儀對注漿加固區(qū)域圍巖進(jìn)行了觀測，觀測發(fā)現(xiàn)圍巖6m范圍內(nèi)的破碎圍巖完整性好，節(jié)理、裂隙基本全部被水泥漿液充填、密實，恢復(fù)了圍巖的整體性。

4 結(jié) 論

(1)回采工作面多巷布置不僅受到鄰近工作面回采時采動應(yīng)力的影響，同時還會受到本工作面超前支承壓力的影響，采動影響劇烈，巷道維護(hù)困難。巷道變形的顯著特點為強(qiáng)烈底鼓和兩幫嚴(yán)重收縮變形。

(2)注漿加固后的巖體可以為注漿錨索提供較高的錨固力，并且加固后的完整性巖體有利于高預(yù)應(yīng)力向巖體深部傳遞；最后采用注漿錨索加固，高預(yù)應(yīng)力注漿錨索可有效抑制圍巖內(nèi)部節(jié)理、裂隙的產(chǎn)生，也可以阻止圍巖內(nèi)部巖體和注漿漿液形成結(jié)石體的再次破壞，從而控制圍巖的整體穩(wěn)定。

(3)現(xiàn)場進(jìn)行了工業(yè)性試驗，試驗結(jié)果表明：53082巷注漿加固后變形量不大，注漿加固有效控制了留巷巷道的持續(xù)流變變形，巷道無需維修即可滿足5308工作面回采使用要求。

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GroutingReinforcementandSurroundingRockBrokenMechanismofRoadwaySubjecttoMining-inducedStress

FU Yu-kai1，2，3

(1.Coal Mining & Designing Department，Tiandi Science & Technology Co.，Ltd.，Beijing 100013，China; 2.Mining Institute，China Coal Research Institute，Beijing 100013，China；3.Coal Resource High Efficient Mining & Clean Utilization State Key Laboratory(China Coal Research Institute)，Beijing 100013，China)

It taking double roadways retaining of 5308 working face of Chengzhuang coal mine in Jincheng mine district as background，based on field testing data，and then the deformation broken characters and influencing factors of retaining roadway were analyzed，the surrounding rock stress field distribution characters and deformation mechanism in different phases were studied by numerical simulation software FLAC3D，which roadway include roadway driving，adjacent working face mining and self working face mining.Based on it，then unite reinforcement method with shallow-deep hole grouting and grouting cable were put forward，and industrial test were proceed.The results showed that the retaining road was influenced by double mining-induced stresses of adjacent working face and self working face mining，mining pressure was fiercely，roadway maintain difficulty.Then grouting reinforcement supporting was applied，joints and fractures of coal and rock mass were filled by cement slurry，and broken coal and rock mass was formed glued body，the mechanics characteristics were improved，the bearing capacity of surrounding rock was improved obviously with grouting cables，discontinuity deformation of surrounding rock was controlled effectively.

mining-induced stress；surrounding rock deformation；grouting reinforcement；roadway retaining；numerical simulation

2017-07-19

10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2017.06.009

國家重點研發(fā)計劃(SQ2017YFSF060004-05);國家科技支撐計劃課題(2012BAB13B02)；國家自然科學(xué)基金資助項目(U1261211)

付玉凱(1985-)，男，河南安陽人，博士，助理研究員，主要從事巷道礦壓理論及支護(hù)技術(shù)方面的研究。

付玉凱.采動應(yīng)力影響下巷道圍巖變形破壞機(jī)理及注漿加固技術(shù)[J].煤礦開采，2017，22(6)：34-39.

TD353.8

A

1006-6225(2017)06-0034-06

林健]