巷道過(guò)斷層破碎帶圍巖加固技術(shù)

暢 征

(大同煤礦集團(tuán) 同家梁礦，山西 大同 037100)

1 工程背景

某礦新水平開(kāi)拓項(xiàng)目主運(yùn)輸大巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為2 006 m，斷面為3.8 m×3.5 m，該巷從2018年10月正式開(kāi)始掘進(jìn)，先后遇見(jiàn)兩條落差大于20 m的斷層。2019年9月在掘進(jìn)至1 520 m處，圍巖受斷層帶影響造成煤層粉碎，片幫嚴(yán)重，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)論證，采用11號(hào)工字鋼棚配錨索聯(lián)合加強(qiáng)支護(hù)。采取該方式掘至1 584.3 m處揭露斷層(該斷層產(chǎn)狀：70°∠78°，落差近28 m)并進(jìn)入斷層破碎帶，斷層帶內(nèi)充填受擠壓淺灰色中砂巖和煤泥。掘進(jìn)至1 606.9 m處斷層破碎帶仍未穿過(guò)，巷道冒落(冒落長(zhǎng)度6 m，最高處有8 m)、片幫嚴(yán)重，而且在已施工巷道1 559～1 606.9 m段受來(lái)壓造成11號(hào)工字鋼棚變形嚴(yán)重。從現(xiàn)場(chǎng)施工情形看，現(xiàn)有支護(hù)方式已不能滿(mǎn)足實(shí)際安全施工要求，該大巷作為主運(yùn)輸巷道，服務(wù)年限較長(zhǎng)，為保證目前安全施工和今后的運(yùn)行、維護(hù)，現(xiàn)急需采取措施，對(duì)該巷道過(guò)斷層破碎帶支護(hù)進(jìn)行探索、研究，確保巷道安全施工[1-2]。

2 治理方案

2.1 架棚充填

經(jīng)過(guò)調(diào)研及現(xiàn)場(chǎng)論證，決定從1 559 m處至1 606.9 m開(kāi)始在原有的工字鋼鋼棚兩腿之間套入U(xiǎn)29鋼棚，棚距中對(duì)中608 mm，上雙層鋼筋網(wǎng)，對(duì)冒頂區(qū)用防腐方木充填背實(shí)。套棚完成后，向前掘進(jìn)時(shí)先對(duì)頂板破碎段提前注入瑪麗散固化頂幫，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)圍巖情況選擇風(fēng)鎬或爆破作業(yè)，超前管棚作為臨時(shí)支護(hù)，600 mm為一個(gè)施工循環(huán)，架設(shè)29號(hào)U型鋼棚，直至進(jìn)入穩(wěn)定圍巖后方可變?yōu)樵O(shè)計(jì)支護(hù)。

2.2 壁后注漿

當(dāng)巷道迎頭進(jìn)入穩(wěn)定圍巖后，對(duì)所有架棚段進(jìn)行壁后錨注漿工作，加固松散破碎圍巖，保證巷道長(zhǎng)期穩(wěn)定服務(wù)。

1) 自制注漿管。采用直徑為20 mm無(wú)縫鋼管制作，設(shè)計(jì)管長(zhǎng)2.4 m，在注漿入口端扯50 mm長(zhǎng)的螺紋，封孔設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為1.2 m，在1.2 m以里每隔200 mm打1個(gè)直徑6 mm的注漿孔。見(jiàn)圖1。

圖1 注漿管加工設(shè)計(jì)(mm)

2) 注漿前初噴漿。注漿前初噴漿可以有效封閉巖面，避免注入深部的漿液通過(guò)圍巖裂隙向外流出，確保注漿效果，具體操作為：在注漿前向頂板及兩幫噴射厚度為5 cm的混凝土，做為止?jié){層。

3) 合理選擇材料及設(shè)備。為了確保注漿效率和注漿效果，選擇了2ZBQ-11.5/3氣動(dòng)注漿泵。對(duì)于漿液的選擇有如下要求：漿液凝固最終強(qiáng)度高，具有較好的漿液流動(dòng)性、穩(wěn)定性、無(wú)毒性，材料成本低。所以最終確定采用普通硅酸鹽水泥+添加劑做為注漿材料，普通硅酸鹽水泥選擇類(lèi)型為525號(hào)，添加劑與水泥的比例為4∶100～6∶100，漿液水灰比為0.8∶1～1∶1，漿液配合比如表1所示。

表1 水泥添加劑單液漿配制

4) 優(yōu)化注漿孔布置?？紤]到巷道在穿過(guò)斷層破碎帶區(qū)域的圍巖不穩(wěn)固，在此應(yīng)該布置和施工較密集的注漿孔，減小間排距，并結(jié)合漿液的擴(kuò)散半徑，最終確定注漿管間排距為1500mm×1500mm。

5) 優(yōu)化注漿參數(shù)。①注漿壓力：注漿壓力對(duì)加固質(zhì)量和效果起著至關(guān)重要的作用，做為動(dòng)力源為漿液在圍巖中擴(kuò)散提供動(dòng)能，根據(jù)以往的注漿經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)注漿壓力<4 MPa時(shí)，隨著注漿壓力的不斷增加，錨桿承載力增大，當(dāng)注漿壓力>4 MPa時(shí)，錨桿承載力不再增加，最終確定經(jīng)濟(jì)合理的注漿壓力為2～3.0 MPa。②注漿量：注漿量是最主要的注漿參數(shù)，決定著漿液的擴(kuò)散半徑從而影響圍巖加固效果，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)圍巖狀況，本著節(jié)省注漿材料與注漿時(shí)間的原則，通過(guò)理論分析和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，最終確定注漿量為30～50 kg漿液/孔。③注漿時(shí)間：為了防止在圍巖裂隙和孔隙發(fā)育的巷道內(nèi)注漿泄漏，注漿時(shí)在控制注漿壓力和注漿量的同時(shí)，還要控制注漿時(shí)間，注漿時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)。為了提高注漿效果，必須在提高注漿壓力的同時(shí)適當(dāng)延長(zhǎng)注漿時(shí)間，需根據(jù)實(shí)際情況，靈活掌握注漿壓力和注漿時(shí)間，最終確定注漿時(shí)間為10～20 min。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

在主運(yùn)輸大巷1 559～1 606.9 m區(qū)間對(duì)原有的工字鋼鋼棚兩腿之間額外增加套入U(xiǎn)29鋼棚，掘進(jìn)至1 630 m處，進(jìn)入穩(wěn)定巖層，開(kāi)始對(duì)架棚巷道進(jìn)行注漿，注漿后通過(guò)觀測(cè)，圍巖基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，對(duì)頂板及幫部進(jìn)行觀測(cè)基本沒(méi)有發(fā)生變化，該巷道于2020年1月中旬掘進(jìn)到位。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)采取架棚及注漿支護(hù)技術(shù)，有效控制主運(yùn)輸巷道斷層破碎帶幫部及頂板圍巖，該支護(hù)技術(shù)在滿(mǎn)足技術(shù)要求的前提下，取得了較好的應(yīng)用效果，既保證了巷道加固后的穩(wěn)定性，使巷道的變形量確保在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)，又改善了圍巖的物理力學(xué)性能，提高了支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載能力。該方法還有安全性高、成本低、施工速度快、勞動(dòng)強(qiáng)度小等特點(diǎn)，具有廣泛的推廣應(yīng)用價(jià)值。