注漿加固技術(shù)在斷層構(gòu)造區(qū)巷道加固的應(yīng)用

弓 偉

（山西霍寶干河煤礦有限公司，山西 臨汾 041602）

1 工程概況

霍寶干河煤礦正回采2-126 工作面，所采煤層均厚3.75m，硬度1.5，夾矸0.55m 左右，為近水平厚煤層。煤層直接頂與基本頂分別為細粒砂巖與K8 中粒砂巖，厚度分別為2.45m 與4.8m；直接底與基本底為碳質(zhì)泥巖與K7 中粒砂巖，厚度分別為2.9m 與3.1m。2-126 一繞巷F#點前22m 存在傾向NW35°、落差3.5m 的F203 正斷層，12m 范圍內(nèi)出現(xiàn)圍巖變形量較大、局部區(qū)域頂板下沉達400mm、多處錨桿索失效的現(xiàn)象，擬通過注漿的方法進行加固。

2 注漿參數(shù)計算

2.1 注漿深度的確定

2-126 一繞巷斷面寬5.3m，高3.5m，支護形式為錨網(wǎng)索梁聯(lián)合支護。兩幫及頂板錨桿間排距均為800mm，使用Φ21.6×2500mm 高強螺紋鋼錨桿，頂板錨桿配合長4.8m 的7 孔錨梁使用；頂板使用Φ21.6×8200mm 鋼絞線錨索，采用“三·三”布置，間距1600mm，排距2400mm；金屬網(wǎng)為3200×1000mm 的 菱 形 網(wǎng)。2-126 一 繞 巷F#點 前22m 處圍巖整體上裂隙較為發(fā)育、完整性差，頂板與兩幫交界處由于受力不均勻產(chǎn)生較大形變，并且煤柱幫部分錨桿失效，出現(xiàn)局部片幫。因此，確定該區(qū)域巷道的兩個頂角及煤柱幫為注漿加固的主要控制區(qū)域。

通過理論公式（1）可以計算出該段巷道的松動圈半徑[1]：

式中：

C-注漿加固段圍巖的粘聚力，取2.87MPa；

Ps-該段巷道的支護反力，注漿作業(yè)時取0；

P-該處巷道承受的原巖應(yīng)力，取9.7MPa；

φ-注漿加固段巖石的內(nèi)摩擦角，取46.6°；

r-注漿巷道半徑，取2.65m。

將上述參數(shù)代入式（1）即可得到2-126 一繞巷F#點前22m 處巷道的松動圈半徑為2.8m。

2.2 注漿壓力、單孔注漿量及注漿孔排距的確定

本次注漿結(jié)合2-126 一繞巷的具體地質(zhì)條件及工程情況，確定使用成本較低的注錨劑作為本次注漿加固的注漿材料。注錨劑分為甲料及乙料，甲料∶乙料=1:1。該注漿材料具有高強度、結(jié)合后膠結(jié)快、成本低、抗剪強度高等優(yōu)點。實驗室條件下甲乙料混合所形成膠合物的終凝抗壓強度為65MPa。

注漿壓力為漿液充填裂隙、在圍巖中擴散提供動力，合適的注漿壓力可使?jié){液在裂隙中充分擴散，在保證對圍巖進行控制的同時不會由于壓力較大而產(chǎn)生新的裂隙，對圍巖造成進一步破壞，也避免了注漿壓力過小導致漿液僅在注漿孔附近進行固結(jié)而達不到預(yù)期的加固效果。通過式（2）可以粗略計算出注漿加固時所需壓力P0：

P0=KR（2）式中：

K-巷道注漿壓力系數(shù)，取1.4MPa/m；R-待注漿區(qū)域松動圈半徑，取2.8m。

通過式（2）計算得到該區(qū)域注漿作業(yè)時所需注漿壓力為3.9MPa。綜合考慮干河煤礦現(xiàn)有設(shè)備及待注漿巷道的地質(zhì)情況，并且為了方便施工，最終確定注漿壓力為4MPa。

通過式（3）可以理論計算得到漿液的擴散半徑：

式中：

π-漿液損耗系數(shù)，取1.4；

L-注漿深度，取4.8m；

α-充填系數(shù)，取1；

R0-式（3）計算所得漿液的擴散半徑，取1.4m。

通過計算得到該段區(qū)域注漿加固時單孔注漿量為0.9t。

漿液擴散半徑為1.4m，為了取得良好的加固效果，應(yīng)保證兩排注漿鉆孔所產(chǎn)生的有效擴散半徑重疊50%[3]，即單個注漿鉆孔形成的1.4m 擴散半徑中應(yīng)有0.7m 與另一個注漿鉆孔形成的擴散半徑重疊，故兩排注漿鉆孔的排距應(yīng)為700mm。為了便于施工，確定排距為800m。

3 注漿孔的布置及應(yīng)用效果

3.1 鉆孔布置方案及工藝

注漿作業(yè)時設(shè)計注漿深度大于松動圈半徑可以使?jié){液在松動裂隙內(nèi)充分擴散[4]，取得良好的加固效果。該區(qū)域巷道松動圈半徑為2.8m，即設(shè)計注漿深度應(yīng)大于等于2.8m。結(jié)合該礦現(xiàn)有材料，確定注漿深度為4.8m，選用Φ21.6×4800mm 的中空注漿錨索進行本次注漿作業(yè)。

根據(jù)現(xiàn)場巷道的破壞形式并結(jié)合其支護參數(shù)，設(shè)計注漿孔如下：巷道頂板兩側(cè)距兩幫300mm 處各布置一根注漿錨索，兩根規(guī)格為Φ21.6×4800mm的中空注漿錨索垂直于頂板安裝，頂板注漿錨索的間距為4700mm、排距為800mm；煤柱幫分別在距頂板800mm 處垂直于煤柱幫及靠近底板的注漿錨索距底板600mm，向底板方向傾斜30°各安裝一根注漿錨索。要求所有注漿錨索安裝時的預(yù)緊力大于250kN。煤柱幫注漿錨索的間距為2100mm，排距為800mm。注漿鉆孔布置如圖1 所示。

圖1 注漿加固區(qū)域注漿錨索布置示意圖

在現(xiàn)場注漿作業(yè)時通過劃分一、二循環(huán)[5]來避免較近兩排注漿鉆孔打孔和注漿作業(yè)工序上的沖突。一、二循環(huán)鉆孔布置如圖2 所示。待一循環(huán)注漿作業(yè)全部完成后，再進行二循環(huán)注漿作業(yè)。待加固巷道共12m 長，布置一循環(huán)注漿鉆孔8 排，共32 個；布置二循環(huán)注漿鉆孔7 排，共28 個。所布置注漿鉆孔單循環(huán)內(nèi)排距1600mm，整體排距800mm。

圖2 注漿加固區(qū)域注漿鉆孔布置示意圖

3.2 效果分析

應(yīng)用上述注漿方案及工藝進行注漿加固作業(yè)后，對該范圍內(nèi)失效的錨桿索進行補打，并對注漿后巷道的變形量進行記錄，數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果如圖3 所示。

圖3 注漿加固后圍巖變形監(jiān)測結(jié)果

觀察圖3 可發(fā)現(xiàn)：該區(qū)域在注漿加固作業(yè)完成后15d 內(nèi)圍巖變形比較快，15d 時兩幫移近量約17cm，頂板下沉量約13.5cm，之后圍巖變形增速放緩，并在注漿作業(yè)完成50d 后穩(wěn)定。頂板下沉量最終穩(wěn)定在19.7cm，兩幫移近量最終穩(wěn)定在26.8cm，圍巖變形均控制在有效范圍內(nèi)，說明注漿加固取得了良好的效果。

4 結(jié)論

通過理論計算的方法并結(jié)合2-126 工作面一繞巷F#點前22m 處約12m 范圍內(nèi)圍巖變化的實際情況，確定4MPa 的注漿壓力、4.8m 注漿深度、注漿孔排距800mm 的注漿參數(shù)，并設(shè)計出一、二循環(huán)分循環(huán)注漿的注漿工藝，共布置15 排、60 個注漿孔。注漿作業(yè)完成后，通過對注漿加固段的圍巖變形監(jiān)測發(fā)現(xiàn)圍巖變形控制在有效范圍內(nèi)，注漿加固取得了較好效果。