高應(yīng)力地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜區(qū)沿空留巷圍變形狀監(jiān)測(cè)與加固技術(shù)

摘 要：27602巷由于埋深較深同時(shí)受到地質(zhì)構(gòu)造作用造成巷道頂板巖層破碎，圍巖控制困難。采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)法對(duì)巷道圍巖變形特征進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)頂板上覆6.0m內(nèi)巖層均較為破碎，且采用現(xiàn)有的支護(hù)方式難以確保頂板巖層穩(wěn)定。為此，提出采用注漿加固方式提升頂板巖層自身承載能力及穩(wěn)定性?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后頂板巖層穩(wěn)定性得以顯著提升，巷道頂板下沉量穩(wěn)定在105mm，為后續(xù)沿空留巷工作開展創(chuàng)造了良好條件。

關(guān)鍵詞：高地應(yīng)力;地質(zhì)構(gòu)造;破碎圍巖;頂板離層;注漿加固

沿空留巷巷道要服務(wù)于鄰近的兩個(gè)回采工作面，巷道圍巖受采動(dòng)動(dòng)壓影響顯著，從而容易引起巷道圍巖結(jié)構(gòu)失穩(wěn)、支護(hù)體系失效從而制約巷道正常使用[1-2]。沿空留巷巷道圍巖支護(hù)方式會(huì)直接影響巷道圍巖控制效果[3]。當(dāng)巷道圍巖破碎、頂板離層明顯以及圍巖變形量過大時(shí)，通過注漿加固可有效提升圍巖承載能力以及穩(wěn)定性，提升支護(hù)體系中錨桿、錨索錨固性能，是一種較為可靠的圍巖變形控制措施。文中就以27062沿空留巷巷道圍巖控制為工程研究對(duì)象，針對(duì)高應(yīng)力、復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造地質(zhì)條件下的沿空留巷巷道圍巖變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并根據(jù)圍巖變形特征提出采用新型注漿加固材料對(duì)圍巖進(jìn)行控制，確保了巷道使用安全。

1 工程概況

2706回采工作面開采的7號(hào)煤層埋深平均680m，厚度平均3.5m，采用綜采開采方式。7號(hào)煤層頂?shù)装鍘r性以砂質(zhì)泥巖、泥巖以及粉砂巖為主，采面開采范圍內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，其中對(duì)生產(chǎn)影響較為明顯的構(gòu)造為DF864斷層（H=2.6～5.7m，137°∠53°），受該斷層影響煤層頂板巖層破碎。27061巷、27062巷分別為2706工作面運(yùn)輸巷、材料巷，為了緩解礦井采掘接替緊張局面，礦井采用沿空留巷開采技術(shù)，即將27062巷保留下來作為鄰近的2708采面進(jìn)風(fēng)巷使用。

2 巷道圍巖變形監(jiān)測(cè)

2.1 巷道表層位移觀測(cè)

27062巷掘進(jìn)過程中受DF864斷層影響較為明顯，在該斷層作用下巷道頂板破碎，為了掌握斷層影響附近圍巖變形，采用十字觀測(cè)法對(duì)斷層影響附近巷道圍巖變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)。具體在每個(gè)10m布置一個(gè)測(cè)點(diǎn)，共計(jì)布置8個(gè)測(cè)點(diǎn)，共計(jì)進(jìn)行42d觀測(cè)，具體觀測(cè)結(jié)果見圖2所示。

在斷層影響范圍內(nèi)巷道頂板下沉量較大，在監(jiān)測(cè)的42d時(shí)間內(nèi)巷道頂板下沉量程逐漸增加趨勢(shì)且未有趨于穩(wěn)定跡象，監(jiān)測(cè)時(shí)間內(nèi)巷道頂板最大下沉量達(dá)到560mm，已經(jīng)給巷道正常使用帶來威脅。同時(shí)由于斷層影響范圍內(nèi)巖層破碎，巷道圍巖支護(hù)材料出現(xiàn)不同程度銹蝕。因此，亟需采取巷道補(bǔ)強(qiáng)加固措施。

2.2 巷道頂板巖層結(jié)構(gòu)觀測(cè)

根據(jù)地質(zhì)資料發(fā)現(xiàn)DF864斷層落差在2.6～5.7m，為了準(zhǔn)確掌握27062巷掘進(jìn)過斷層范圍內(nèi)頂板巖層結(jié)構(gòu)，為后續(xù)的巷道圍巖控制提供參考，決定在巷道已掘進(jìn)的水倉(cāng)內(nèi)布置窺視鉆孔，對(duì)頂板巖層進(jìn)行窺視。具體布置6個(gè)孔徑35mm窺視鉆孔，鉆孔孔深為8000mm，垂直巷道頂板布置。

從鉆孔窺視結(jié)果看出，在距離窺視鉆孔鉆口1.5m、2.0m、3.5m、5.0m以及5.7m處巷道頂板巖層結(jié)構(gòu)較為破碎，窺視鉆孔孔壁周邊巖層內(nèi)發(fā)育有縱橫交錯(cuò)的裂隙，頂板巖層破碎且破碎分布范圍較大。巷道支護(hù)采用的錨桿、錨索錨固性能在破碎巖層影響下錨固性較差，雖然后續(xù)進(jìn)行挑頂處理，但仍不能有效控制巷道頂板下沉。

2.3 頂板巖層離層監(jiān)測(cè)

在27062巷內(nèi)采用頂板離層儀對(duì)頂板離層情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，具體布置5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)間距20m，頂板離層儀內(nèi)基點(diǎn)布置深度分別為2.3m、6.0m。

從監(jiān)測(cè)結(jié)果得出：在頂板離層監(jiān)測(cè)期間頂板離層值呈逐漸增加趨勢(shì)，且在監(jiān)測(cè)開始的4天后頂板離層量增加速度呈變大趨勢(shì)，其中3號(hào)離層儀獲取到的頂板離層量最大達(dá)到228mm。巷道掘進(jìn)完成后，在地應(yīng)力以及斷層構(gòu)造影響，頂板離層量較大，雖然后續(xù)進(jìn)行挑頂處理，可滿足巷道使用需要，但是未能從根本上解決頂板離層問題。因此，需要對(duì)頂板巖層進(jìn)行注漿加固，從而提升圍巖承載能力及穩(wěn)定性，并增加支護(hù)采用的錨索長(zhǎng)度及支護(hù)強(qiáng)度，確保巷道圍巖穩(wěn)定。

2.4 圍巖變形監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

根據(jù)上述圍巖表層位移、頂板巖層窺視以及頂板離層監(jiān)測(cè)結(jié)果，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)考察結(jié)果，發(fā)現(xiàn)巷道圍巖變形控制中存在以下問題：①通過監(jiān)測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，27062巷在斷層構(gòu)造影響帶附近頂板存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)，頂板巖層變形量大且在監(jiān)測(cè)期間頂板變形未有穩(wěn)定趨勢(shì);頂板巖層離層量大，頂板上覆裂隙水含水層沿著斷層破碎（下轉(zhuǎn)第97頁）（上接第95頁）帶以及頂板裂隙向巷道頂板涌水，造成頂板存在一定程度淋水問題;②由于頂板巖層破碎，導(dǎo)致巷道支護(hù)原有的錨桿、錨索支護(hù)體系穩(wěn)定性有所降低，同時(shí)頂板淋水導(dǎo)水金屬錨桿、錨索銹蝕，進(jìn)一步降低錨桿、錨索承載強(qiáng)度，致使頂板巖層變形量進(jìn)一步增加;③頂板下沉使得巷道斷面縮小，不能滿足使用需要，雖然后續(xù)經(jīng)過挑頂處理可恢復(fù)巷道斷面，但是不能從根本上解決頂板不斷下沉問題。巷道在后續(xù)采面采動(dòng)影響下更會(huì)加劇變形。27062巷后會(huì)采用沿空留巷技術(shù)保留下作為2708采面回采航道使用，巷道受到采動(dòng)動(dòng)壓影響顯著，會(huì)加劇巷道圍巖控制難度。

3 圍巖注漿加固技術(shù)

27062巷圍巖控制困難主要原因是DF864斷層導(dǎo)致巷道頂板破碎、淋水，從而導(dǎo)致巷道圍巖采用的錨網(wǎng)索支護(hù)體系支護(hù)強(qiáng)度不足，導(dǎo)致頂板變形嚴(yán)重。根據(jù)圍巖變形監(jiān)測(cè)結(jié)果，提出采用注漿加固技術(shù)對(duì)頂板破碎巖層進(jìn)行控制，并封堵頂板淋水通道，從而提升巷道圍巖支護(hù)體系支撐能力以及圍巖自身穩(wěn)定性，降低頂板巖層變形量。

在27062巷斷層影響帶采用注漿錨桿注漿加固錨桿，注漿鉆孔垂直巷道頂板布置，每排布置2根，間排距均為3m×3m，注漿加固范圍為80m。選用的注漿采材料為超細(xì)水泥漿并加入適量水玻璃，具體注漿鉆注漿參數(shù)見表1。注漿后采用帶式封孔器封孔，從而確保注漿漿液充分浸入破碎巖體裂隙中，粘結(jié)破碎巖體，達(dá)到提升圍巖抗剪強(qiáng)度及承載能力目的。

4 總結(jié)

文中采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)法對(duì)高應(yīng)力地質(zhì)復(fù)雜區(qū)域巷道圍巖變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，根據(jù)圍巖變形特征掌握巷道變形破壞原因，從而為后續(xù)針對(duì)性制定圍巖加固措施提供參考。根據(jù)圍巖變形特征提出采用超細(xì)水泥漿對(duì)巷道頂板破碎巖層進(jìn)行加固，降低了巷道圍巖變形，為沿空留巷工作開展創(chuàng)造了良好條件。

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作者簡(jiǎn)介：

崔立德（1988- ），男，山西平遙人，2015年7月畢業(yè)于重慶大學(xué)，采礦工程專業(yè)，本科，工程師。