深井軟巖巷道圍巖加固技術(shù)研究及應(yīng)用

侯君朝

（山西蘭花科創(chuàng)玉溪煤礦有限責(zé)任公司，山西 晉城 048214）

1 工程概況

玉溪煤礦進(jìn)風(fēng)立井馬頭門底板標(biāo)高+320m，距離地表垂直距離600m，巷道長(zhǎng)26m，工作面以泥巖為主，是連接進(jìn)風(fēng)立井和井底車場(chǎng)之間的巷道。巷道施工完成后出現(xiàn)變形破壞的現(xiàn)象，隨著時(shí)間推移，變形量持續(xù)增大，局部幫頂大塊混凝土掉落，嚴(yán)重影響玉溪煤礦正常運(yùn)輸及行人安全。

因此，通過(guò)對(duì)玉溪煤礦馬頭門加固技術(shù)進(jìn)行研究，制定科學(xué)合理的加固支護(hù)技術(shù)，解決巷道一次支護(hù)后圍巖變形控制難題，對(duì)玉溪煤礦持續(xù)安全高效生產(chǎn)具有巨大的現(xiàn)實(shí)意義。

2 巷道反復(fù)變形的原因分析

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)巷道支護(hù)現(xiàn)狀、圍巖變形破壞調(diào)查和窺視情況綜合分析，造成馬頭門失修主要因素有：

1）進(jìn)風(fēng)井馬頭門底板標(biāo)高+320，距離地表垂直深度達(dá)600m，埋層深、應(yīng)力大；馬頭門最大斷面達(dá)36.6m2，且位于井筒與井底車場(chǎng)交接處，巷道周圍50m范圍布置有進(jìn)風(fēng)井北車場(chǎng)、回風(fēng)井北車場(chǎng)、西線聯(lián)絡(luò)巷、車場(chǎng)聯(lián)絡(luò)巷等巷道，應(yīng)力集中。

2）馬頭門圍巖以泥巖為主，遇水易膨脹，穩(wěn)定性差；四鄰巷道采用鉆爆法施工，受爆破擾動(dòng)影響，巷道裂隙發(fā)育。

3）馬頭門鋼筋混凝土支護(hù)方式為剛性支護(hù)，圍巖稍有變形很容易造成混凝土開裂，進(jìn)一步發(fā)展就會(huì)產(chǎn)生脫落，削弱支護(hù)效果；馬頭門施工后未及時(shí)進(jìn)行鋪底，為地應(yīng)力釋放提供缺口，加劇圍巖破壞。

在這些因素綜合影響下，巷道圍巖持續(xù)變形，裂隙由淺入深不斷擴(kuò)展，原有支護(hù)承載結(jié)構(gòu)的承載能力持續(xù)降低，最終導(dǎo)致巷道支護(hù)失效，巷道失穩(wěn)破壞。

3 圍巖加固方案的確定

3.1 設(shè)計(jì)原則

巷道典型特征是埋層深、地應(yīng)力大、圍巖軟、裂隙發(fā)育，單一的加固方法不能有效控制此類破碎圍巖的長(zhǎng)期蠕動(dòng)及進(jìn)一步破壞，對(duì)此類巷道加固工程應(yīng)在恢復(fù)圍巖內(nèi)部結(jié)構(gòu)完整性基礎(chǔ)上，加強(qiáng)對(duì)巷道圍巖的整體支護(hù)，幫頂及底板加固同時(shí)進(jìn)行。

3.2 圍巖加固方案

根據(jù)巷道窺視情況，馬頭門圍巖破壞深度達(dá)6m，圍巖破壞由淺入深，其中3m范圍內(nèi)裂隙較大，3m至6m之間裂隙剛形成，細(xì)小且不連續(xù)。綜合考慮原有支護(hù)方式、圍巖變形機(jī)理及裂隙發(fā)育情況，確定采用全斷面雙液注漿配合反底拱澆筑綜合加固方案。

3.3 加固原理

水泥漿強(qiáng)度高、耐久性好，但顆粒度大，難以注入巖層的細(xì)小裂隙或孔隙中，適用于強(qiáng)度高、裂隙大的破壞體加固，巷道淺部采用水泥注漿；高強(qiáng)度化學(xué)漿液可注性好，能注入土層中的細(xì)小裂隙或孔隙，但價(jià)格較貴，適用于裂隙細(xì)小的破壞體加固，巷道深部采用高強(qiáng)度化學(xué)漿。通過(guò)注漿充填，原有鋼筋混凝土得到修復(fù)，巷道圍巖重新整合為一體，充分調(diào)動(dòng)了鋼筋混凝土支護(hù)及深部圍巖承載能力，保證圍巖裂隙不再次張開。

反底拱施工支護(hù)強(qiáng)度大，并與鋼筋混凝土連成一體，從而形成一高強(qiáng)度的環(huán)形支護(hù)體，保證了巷道支護(hù)的完整性及連續(xù)性。

4 加固工藝及技術(shù)參數(shù)

施工順序：幫頂水泥注漿—幫頂化學(xué)注漿—起底—底板水泥注漿—底板化學(xué)注漿—反底拱支設(shè)及澆筑。

4.1 水泥注漿

1）采用525#普通硅酸鹽水泥配合XPM添加劑制備水泥漿，水灰比1：1，XPM添加劑為水泥重量的8%～10%。水泥注漿孔矩形布置，排距1800mm，間距1600mm，深度3m，采用Φ56mm的鉆頭打孔，孔口埋注漿管，孔內(nèi)下2m的射漿管，孔口注漿管與孔內(nèi)射漿管相連，注漿壓力2～3MPa，使用棉紗加水泥固定孔口注漿管并封孔，鉆孔布置如圖1。

圖1 進(jìn)風(fēng)井馬頭門水泥注漿孔布置

2）水泥注漿要求。①圍巖注漿，孔內(nèi)下射漿管。射漿管壁每200～500mm對(duì)開一組φ8～φ10mm射漿口,射漿管與孔口管連接牢固，保證漿液沿鉆孔全長(zhǎng)注入周圍巖體。②孔口管必須埋設(shè)牢固，埋設(shè)長(zhǎng)度不小于400mm，不得在注漿過(guò)程中松動(dòng)或漏漿?？卓诠芩蓜?dòng)或漏漿造成注漿失敗的必須補(bǔ)打注漿孔。③水泥漿必須添加XPM水泥注漿添加劑，嚴(yán)格控制漿液水灰比，減少水化反應(yīng)以外的多于水量。④每孔注漿作業(yè)應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，中途不宜中斷.盡量避免因機(jī)械故障、停電、停水、器材故障等問(wèn)題造成的注漿中斷。因大范圍漏漿或漿液消耗量過(guò)大而中斷注漿時(shí)，在施工日志中準(zhǔn)確記錄，并確保周邊鉆孔的注漿質(zhì)量，必要時(shí)應(yīng)補(bǔ)打注漿孔。⑤打鉆、注漿過(guò)程中及時(shí)處理漏漿點(diǎn)，采用人工糊縫處理漏漿點(diǎn)，并壓注單液水泥漿。⑥注漿過(guò)程發(fā)生相鄰鉆孔串漿時(shí)，必須對(duì)串漿的鉆孔進(jìn)行交替注漿或分開管路同時(shí)注漿，禁止利用一個(gè)鉆孔對(duì)兩個(gè)或更多串漿鉆孔同時(shí)灌注，分別記錄連通鉆孔注漿情況。⑦注漿過(guò)程系統(tǒng)運(yùn)行必須可靠，隨時(shí)檢查壓力表是否正常，發(fā)生故障及時(shí)更換，禁止在壓力表故障狀態(tài)下進(jìn)行注漿施工。根據(jù)注漿壓力控制注漿速度 10～25L/min。

4.2 化學(xué)注漿

1）水泥注漿完成后5天開始化學(xué)注漿，選用滲透力強(qiáng)、固結(jié)強(qiáng)度高的高強(qiáng)度阻燃化學(xué)漿，抗壓強(qiáng)度大于45MPa，剪切強(qiáng)度大于20MPa，抗拉強(qiáng)度大于10MPa。化學(xué)注漿孔矩形布置，排距3600mm，間距3200mm，深度7m，采用Φ56mm的鉆頭打孔，采用孔內(nèi)下注漿賽注漿，注漿賽下設(shè)深度6m，注漿壓力5～8MPa，鉆孔布置如圖2。

2）化學(xué)注漿要求。①化學(xué)漿制備：將化學(xué)漿的兩個(gè)組份分別倒入2個(gè)配料桶內(nèi)，注漿泵吸液管分別插入兩個(gè)料桶內(nèi)，連接系統(tǒng)注漿。雙組分化學(xué)漿混合后，在較短時(shí)間內(nèi)將凝結(jié)成強(qiáng)度較高的固結(jié)體。加固施工過(guò)程中，必須標(biāo)記并固定使用配料桶、吸液缸及注漿管路，嚴(yán)禁混用，防止毀壞設(shè)備及注漿系統(tǒng)。②孔口管通過(guò)拆卸接頭與封孔器連接牢固，鉆孔注漿結(jié)束時(shí)必須右旋拆下孔口管，封孔器自動(dòng)封閉孔內(nèi)漿液，阻止孔內(nèi)材料外溢。③每班注漿結(jié)束使用專用清洗液清洗設(shè)備及管路系統(tǒng)，工程結(jié)束后設(shè)備運(yùn)至地面拆卸清洗。施工過(guò)程中可復(fù)用的槍體、孔口管及拆卸接頭等發(fā)生堵塞后升井清理。④化學(xué)漿固化過(guò)程放熱，鉆孔漏漿時(shí)必須停止注漿，采取適當(dāng)措施堵漏，用浮渣覆蓋漏漿集中地點(diǎn)，禁止漏漿材料聚集。⑤使用的化學(xué)漿粘度低，滲透能力強(qiáng)，漏漿導(dǎo)致壓力不足時(shí)，控制單孔注漿量，每孔漿液消耗量：?jiǎn)慰鬃{量達(dá)到500kg時(shí)，結(jié)束注漿。

施工過(guò)程中先進(jìn)行幫頂注漿，幫頂注漿完成后再進(jìn)行起底及底板注漿加固。起底時(shí)將該段施工成鍋底狀，最深部位離軌面線不小于1500mm，采用人工配合手、風(fēng)鎬的方式由里向外進(jìn)行起底。

4.3 反底拱支設(shè)及澆筑

注漿后5天進(jìn)行反底拱施工，反底拱采用U36型支架，兩端焊接300mm×300mm×15mm的鋼板，排距800mm。反底拱支架下鋪設(shè) Φ6.5mm×1040mm×2540mm金屬網(wǎng)，網(wǎng)格100mm×100mm，搭接長(zhǎng)度100mm，并用雙股用14#鐵絲捆扎，每隔100mm捆扎一道，擰結(jié)不少于3圈。反底拱與底板之間部位采用混凝土充填，強(qiáng)度C30，最深部距離底板1500mm，在混凝土中加入防水劑。如圖2所示。

圖2 進(jìn)風(fēng)井馬頭門化學(xué)注漿孔及反底拱施工

5 加固效果

進(jìn)風(fēng)井馬頭門巷道加固完成后，通過(guò)5個(gè)多月的觀察巷道兩幫及頂?shù)装遄冃伪容^小，巷道兩幫變形量控制在25mm以內(nèi)，頂?shù)装遄冃瘟靠刂圃?0mm以內(nèi)，未出現(xiàn)離層、鼓包及混凝土脫落等破壞現(xiàn)象。巷道變形量日趨減小，觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示加固后3月至5月之間兩幫變形量為2mm，頂?shù)装遄冃瘟繛?mm，支護(hù)穩(wěn)定。

圖3 進(jìn)風(fēng)井馬頭門變形曲線

6 結(jié)論

進(jìn)風(fēng)井馬頭門采用全斷面雙液注漿配合反底拱澆筑的加固方式，深淺孔雙液注漿充分考慮圍巖裂隙及經(jīng)濟(jì)效益，既節(jié)約了施工成本，又取得最佳的加固效果；注漿加固加強(qiáng)了圍巖及原有鋼筋混凝土的支護(hù)強(qiáng)度，充分調(diào)動(dòng)了鋼筋混凝土及深部圍巖承載能力；反底拱混凝土澆筑使整個(gè)支護(hù)形成一個(gè)封閉的環(huán)形支護(hù)體，較大程度提高圍巖承載能力。通過(guò)加固很好的解決了巷道穩(wěn)定性控制問(wèn)題，圍巖變形量控制在30mm以內(nèi)，取得了良好的加固效果和經(jīng)濟(jì)效益,為同類深井軟巖巷道圍巖加固提供了借鑒經(jīng)驗(yàn)。