盤區(qū)集中巷破碎頂板注漿加固技術(shù)研究

王風(fēng)琨

（霍州煤電集團(tuán)億隆煤業(yè)，山西 霍州 031400）

趙莊二號(hào)井井田范圍內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，斷層、陷落柱、破碎帶等地質(zhì)構(gòu)造十分發(fā)育，煤體物理力學(xué)性質(zhì)條件惡化，巷道支護(hù)難度逐步增加。2103盤區(qū)集中巷服務(wù)年限約10年，掘進(jìn)后一個(gè)月，突然出現(xiàn)頂板劇烈下沉，短時(shí)間內(nèi)下沉量超過300mm，頂板下沉破碎，給投入使用造成較大安全隱患。本文針對(duì)2103集中巷破碎頂板展開研究，分析頂板下沉破碎原因，制定錨索補(bǔ)強(qiáng)和注漿加固方案。

1 工程背景

趙莊二號(hào)井2103巷為盤區(qū)集中巷，開口位置在西軌大巷北幫，位置見圖1，巷道掘進(jìn)后1個(gè)月內(nèi)，，距離西軌大巷280m～550m范圍，頂板出現(xiàn)急劇破碎、下沉現(xiàn)象，短時(shí)間內(nèi)下沉量達(dá)300mm，然后趨于穩(wěn)定。礦方提供地質(zhì)資料顯示，直接頂為砂質(zhì)泥巖，厚度0.78m；直接頂為粉砂巖，厚度6m。

2103集中巷寬度5m，高度3.4m，頂板采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)，每排6根錨桿，間距900mm，緊靠巷幫的錨桿距幫350mm，排距1000mm。頂錨索每排兩根，間距2m，排距3m，呈“二·○·○·二”布置，靠近巷幫的錨索距幫1.6m。

圖1 巷道位置關(guān)系圖

2 頂板下沉原因分析

2.1 頂板巖性分析

采用ZDY800煤礦用全液壓坑道鉆機(jī)，配套50mm鉆桿，75mm巖芯管和84mm金剛石取芯鉆頭，在2103盤區(qū)集中巷頂板破碎區(qū)，向頂板進(jìn)行垂直打孔取芯，取芯深度10m，取芯數(shù)量2個(gè)。

巖芯取出后，送至巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)室，打磨加工成標(biāo)準(zhǔn)試樣后，進(jìn)行成分分析和物理力學(xué)參數(shù)測(cè)定，部分巖石試樣如圖2所示。

圖2 部分標(biāo)準(zhǔn)試樣

測(cè)定結(jié)果：1#巖芯砂質(zhì)泥巖厚度3.7m，以上6.3m為粉砂巖；2#巖芯砂質(zhì)泥巖厚度3m，以上7m為粉砂巖。砂質(zhì)泥巖抗拉強(qiáng)度平均值為1.955MPa，單軸抗壓強(qiáng)度平均值為12.5MPa，堅(jiān)固性系數(shù)平均值為2.934，粘結(jié)力為14.428MPa，內(nèi)摩擦角為29.4°，屬于軟巖；粉砂巖抗拉強(qiáng)度平均值為4.923MPa，單軸抗壓強(qiáng)度平均值為159.60MPa，堅(jiān)固性系數(shù)平均值為15.9，粘結(jié)力為32.77MPa，內(nèi)摩擦角為47.1°。屬于極堅(jiān)硬類巖石

由測(cè)定結(jié)果可以看出，此區(qū)域頂板砂質(zhì)泥巖厚度約3m～3.7m，與礦方提供頂板正常區(qū)域的0.78m差別較大，且砂質(zhì)泥巖巖性弱，是頂板發(fā)生下沉的根本原因。

2.2 頂板錨索受力監(jiān)測(cè)

在頂板錨索上安裝MCS-400型錨索測(cè)力計(jì)，監(jiān)測(cè)錨索受力狀況，發(fā)現(xiàn)破碎區(qū)域頂板錨索平均受力在400kN以上，且部分錨索已經(jīng)發(fā)生破斷，說明頂板錨索支護(hù)強(qiáng)度嚴(yán)重不足，是頂板發(fā)生下沉的主要原因。

3 頂板注漿加固方案

3.1 頂板錨索補(bǔ)強(qiáng)

在距離西軌大巷巷口280～550m頂板破碎范圍頂板進(jìn)行錨索補(bǔ)強(qiáng)，在原兩排錨索之間補(bǔ)打兩排，每排三根，長(zhǎng)度8.4m，呈“二·三·三·二”布置，補(bǔ)強(qiáng)后支護(hù)示意見圖3。

圖3 頂板錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)示意圖

錨索采用1×19股高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，Φ22mm，樹脂加長(zhǎng)錨固。頂錨索長(zhǎng)度8.4m，錨固長(zhǎng)度1970mm，預(yù)緊力不小于250kN。

3.2 頂板注漿

首先對(duì)頂板進(jìn)行鉆孔窺視，窺視深度10m，窺視結(jié)果表明：頂板上方0～3m離層、裂隙十分發(fā)育，頂板上方3～5.5m裂隙較少，5.5m以上沒有發(fā)現(xiàn)裂隙，因此確定注漿鉆孔垂直深度為5.5m。

頂板注漿鉆孔布置：鉆孔排距3m，每排3個(gè)，中間鉆孔沿巷道中線，垂直于巷道傾向，與頂板水平方向夾角75°（方向指向巷道往里），兩幫鉆孔開孔位置均距離巷幫1m，仰角均為75°，孔深均為6m，孔徑75mm。如圖4所示。

圖4 頂板注漿鉆孔布置示意圖

3.3 效果考察

錨索補(bǔ)強(qiáng)及注漿加固實(shí)施后，通過6個(gè)月的巷道變形量觀測(cè)，發(fā)頂板下沉量不超過10mm，頂板下沉得到顯著控制；通過頂板錨索測(cè)力計(jì)觀測(cè)，錨索受力平均280kN且未發(fā)生明顯變化；通過頂板錨索拉拔試驗(yàn)，錨固力均可達(dá)到35MPa以上。綜上觀測(cè)結(jié)果，頂板得到控制，不再發(fā)生明顯變化。

4 結(jié) 論

1）通過頂板取芯、頂板錨索受力測(cè)試，發(fā)現(xiàn)頂板砂質(zhì)泥巖厚度增大、錨索支護(hù)強(qiáng)度不足是2103集中巷頂板發(fā)生突然下沉、破碎的主要原因；

2）制定了頂板錨索補(bǔ)強(qiáng)方案，在鉆孔窺視的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了注漿鉆孔設(shè)計(jì)；

3）效果考察表明，錨索補(bǔ)強(qiáng)和注漿加固后，頂板下沉量顯著減小，錨索錨固力足夠，受力均勻，頂板控制效果明顯。