復(fù)合頂板巷道過(guò)構(gòu)造破碎帶圍巖加固技術(shù)

晉亞明 郝 鋼

(山西汾西宜興煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 孝義 032300)

礦井生產(chǎn)受到地質(zhì)構(gòu)造、高地應(yīng)力、復(fù)合頂板等影響更為明顯，日益成為礦井生產(chǎn)過(guò)程中面臨的技術(shù)問(wèn)題[1～3]。山西某礦二盤(pán)區(qū)地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，地應(yīng)力高、構(gòu)造應(yīng)力復(fù)雜，同時(shí)開(kāi)采的煤層有較大起伏，煤層頂板為泥巖、砂質(zhì)泥巖互層的復(fù)合頂板，應(yīng)根據(jù)巷道實(shí)際地質(zhì)情況采取有效的圍巖控制措施。

1 工程概述

山西某礦3號(hào)煤厚4.16m，傾角2°，根據(jù)前期地質(zhì)勘探資料，礦井二盤(pán)區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，直接頂為0.8～9.5m厚砂質(zhì)泥巖、泥巖互層、裂隙發(fā)育；老頂為厚6.5m細(xì)砂巖，；直接底為厚4.06m泥質(zhì)砂巖。二盤(pán)區(qū)內(nèi)發(fā)育有陷落柱及大量斷層，在地質(zhì)構(gòu)造影響帶附近時(shí)煤層破碎，加之煤層上覆為泥巖、砂質(zhì)泥巖互層的復(fù)合頂板，盤(pán)區(qū)內(nèi)掘進(jìn)巷道圍巖控制困難。

在2309回采工作面在掘進(jìn)回采巷道掘進(jìn)斷面為4500mm×3000mm，巷道掘進(jìn)過(guò)程中遇到多條斷層，在巷道掘進(jìn)過(guò)斷層破碎帶時(shí)圍巖破碎。通過(guò)綜合對(duì)比分析，礦井提出采用注漿加固方式固定破碎帶內(nèi)破碎煤巖體，從而確保巷道掘進(jìn)安全。

2 復(fù)合頂板巷道圍巖控制技術(shù)分析

2309回采巷道頂板為復(fù)合頂板，當(dāng)巷道掘進(jìn)過(guò)構(gòu)造破碎帶時(shí)，應(yīng)通過(guò)降低錨桿、錨索間排距，增加布置鋼架棚等方式對(duì)破碎圍巖進(jìn)行控制，但是僅僅采用補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)方式并不能有效封堵巷道圍巖內(nèi)的破碎裂隙[4～5]。為了提升圍巖內(nèi)破碎巖層穩(wěn)定性及承載能力，注漿加固是一個(gè)有效技術(shù)方案。通過(guò)對(duì)巷道頂板、巷幫進(jìn)行注漿，使得原本破碎的巖層在漿液膠結(jié)作用下形成一個(gè)完整整體，共同維護(hù)巷道圍巖穩(wěn)定[6～7]。2309回采巷道圍巖在掘進(jìn)后容易風(fēng)化，加劇巷道圍巖控制難度，因此，應(yīng)根據(jù)圍巖巖性特點(diǎn)采用表層噴漿措施，避免巖層風(fēng)化，巷道表層噴漿層厚度控制在100mm以上。通過(guò)表層噴漿不僅可以降低圍巖風(fēng)化程度，而且還能封堵表層裂隙降低注漿漿液漏漿量。

3 巷道注漿加固方案

根據(jù)2309采面回采巷道掘進(jìn)過(guò)構(gòu)造破碎帶式圍巖裂隙發(fā)育情況，為了充分對(duì)破碎帶內(nèi)巖層進(jìn)行控制，在巷道掘進(jìn)方向上注漿加固起始及終止區(qū)為構(gòu)造破碎帶邊緣外10m位置，從而充分加固破碎帶圍巖。

3.1 注漿鉆孔布置

1)頂板注漿鉆孔

具體頂板注漿鉆孔布置見(jiàn)圖1、圖2，在構(gòu)造破碎帶影響區(qū)域內(nèi)在巷道頂板上順著掘進(jìn)方向布置注漿鉆孔，每排注漿孔數(shù)量為3個(gè)，注漿注漿孔位于巷道中線(xiàn)方向并向上有65°仰斜角，兩側(cè)注漿孔距與巷幫間距均為0.8m，向上有65°仰角。布置的頂板注漿鉆孔孔徑為75mm，每隔2m布置一排注漿孔，垂深控制在8.0m。

圖1 注漿鉆孔布置剖面圖

圖2 頂板注漿鉆孔布置示意圖

2)巷幫注漿孔

巷幫注漿孔起始與終止位置與頂板注漿孔一致，由于巷道掘進(jìn)過(guò)構(gòu)造破碎帶時(shí)巷幫圍巖破碎，為確保注漿加固巷幫效果，在巷幫上注漿孔分兩排布置。上排鉆孔位于巷道頂板下方1.0m處，有10°仰角；下排注漿孔位于頂板下方2.0m處，垂直巷幫水平布置。注漿孔排距為2.0m，孔徑為50mm，注漿深度控制在8.0m以上，具體巷幫注漿孔布置情況見(jiàn)圖1及圖3。

圖3 巷幫注漿鉆孔布置示意圖

3.2 注漿孔施工工藝

由于構(gòu)造破碎帶內(nèi)裂隙發(fā)育，為了避免鉆孔注漿時(shí)出現(xiàn)串孔問(wèn)題，提高巷道圍巖加固效果，在巷道頂板及巷幫位置處布置的注漿鉆孔步施工及注漿，具體注漿布置為：

1)先施工頂板及巷幫一次注漿鉆孔，具體見(jiàn)圖2及圖3，然后進(jìn)行一次注漿孔注漿；

2)待一次注漿孔施工、注漿完畢后，再施二次注漿孔，并進(jìn)行注漿加固，注漿時(shí)按照先頂板后巷幫順序進(jìn)行。通過(guò)采用跳注方式，有效降低了注漿孔出現(xiàn)串孔概率，提高破碎帶注漿加固效果。

3.3 注漿材料

注漿選用聯(lián)邦一號(hào)，該材料為雙液材料，具備速凝、高滲透、早強(qiáng)以及結(jié)石率高等有限，同時(shí)通過(guò)調(diào)整漿液配比可以調(diào)整膠結(jié)強(qiáng)度及膠結(jié)時(shí)間。注漿漿液水灰比設(shè)計(jì)為0.8：1時(shí)，漿液具備良好的擴(kuò)散性能。8h后膠結(jié)的煤、巖體抗壓強(qiáng)度、粘結(jié)強(qiáng)度即分別達(dá)到到12MPa、2MPa以上。

3.4 注漿防漏措施

在頂板及巷幫施工的注漿鉆孔封孔距離控制在2.0m以上，由于圍巖破碎，頂板注漿壓力原則上在4MPa以?xún)?nèi)，巷幫注漿壓力原則在6MPa以?xún)?nèi)。在注漿過(guò)程中關(guān)注頂板、巷幫變化情況，避免由于注漿壓力過(guò)大造成巷幫表層噴漿層出現(xiàn)開(kāi)裂。當(dāng)注漿鉆孔注漿壓力達(dá)到上限或者出現(xiàn)漏漿難以封堵時(shí)停止注漿。

當(dāng)注漿過(guò)程中出現(xiàn)漏漿時(shí)可以適當(dāng)降低注漿速度或者暫停注漿，通過(guò)降低漿液流動(dòng)性從而起到對(duì)漏漿裂隙封堵目的，每次停止注漿時(shí)間應(yīng)控制在2min以?xún)?nèi)，每約2min時(shí)開(kāi)機(jī)復(fù)注一次，循環(huán)往復(fù)直至注漿孔內(nèi)注入的漿液可以封堵注漿裂隙，隨后即可正常進(jìn)行注漿加固。

4 注漿加固效果分析

在2309采面回采巷道支護(hù)時(shí)采用錨網(wǎng)索結(jié)合噴漿方式控制圍巖變形，并采用注漿方式對(duì)頂板及巷幫破碎巖層進(jìn)行加固。巷道掘進(jìn)過(guò)構(gòu)造破碎帶時(shí)采用十字測(cè)點(diǎn)法對(duì)圍巖變形情況進(jìn)行觀測(cè)，注漿完成后巷道表層噴漿層未出現(xiàn)開(kāi)裂問(wèn)題，同時(shí)破碎圍巖變形得以有效控制。頂板、巷幫最大收斂量分別為143mm、38mm，由于底板未采取加固措施，出現(xiàn)一定底鼓，但是不會(huì)給后續(xù)巷道使用帶來(lái)顯著影響。具體監(jiān)測(cè)到的圍巖變形情況見(jiàn)圖4。

圖4 圍巖變形監(jiān)測(cè)結(jié)果

5 總結(jié)

1)針對(duì)復(fù)合頂板過(guò)構(gòu)造破碎帶時(shí)圍巖變形量大，控制困難等問(wèn)題，結(jié)合掘進(jìn)區(qū)域內(nèi)破碎圍巖結(jié)構(gòu)特征，提出在強(qiáng)化圍巖支護(hù)基礎(chǔ)上對(duì)破碎帶內(nèi)巖層進(jìn)行注漿加固，提升圍巖承載能力及穩(wěn)定性，從而確保巷道安全過(guò)構(gòu)造破碎帶。

2)針對(duì)圍巖巖性特征，采用頂板及巷幫注漿相結(jié)合方式，并詳細(xì)對(duì)注漿鉆孔施工及注漿加固參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，巷道表層噴漿層未出現(xiàn)開(kāi)裂，頂板、巷幫位移量最大分別為143mm、38mm，確保了回采巷道掘進(jìn)及使用安全。