井底車場(chǎng)圍巖不穩(wěn)定區(qū)返修加固技術(shù)應(yīng)用

常進(jìn)良 劉潤(rùn)平 李云飛

（1.山西柳林興無(wú)煤礦有限責(zé)任公司，山西 呂梁 033300；2.山西福山資源集團(tuán)有限公司，山西 呂梁 033300）

由于井底車場(chǎng)施工斷面大，車場(chǎng)內(nèi)交叉巷道多，井底車場(chǎng)施工完后在短時(shí)間內(nèi)圍巖蠕動(dòng)變形現(xiàn)象嚴(yán)重，導(dǎo)致圍巖出現(xiàn)破碎現(xiàn)象，不僅降低了巷道成形效果，影響車場(chǎng)后期安全通車，而且巷道圍巖出現(xiàn)變形后，在圍巖內(nèi)形成松動(dòng)圈，在松動(dòng)圈內(nèi)出現(xiàn)錨固失效現(xiàn)象，很容易發(fā)生圍巖冒落事故。本文以興無(wú)煤礦副斜井井底車場(chǎng)為例，根據(jù)巷道圍巖變形機(jī)理，提出了合理有效圍巖控制技術(shù)[1-5]。

1 概述

山西柳林興無(wú)煤礦有限責(zé)任公司副斜井井底車場(chǎng)及上部平車場(chǎng)布置在9#和10#煤層之間，6#、8#、9#、10#煤尚未開(kāi)采，與上組煤掘進(jìn)巷道距離較遠(yuǎn)，對(duì)掘進(jìn)巷道無(wú)影響。副斜井井底車場(chǎng)分為甩車場(chǎng)段、車場(chǎng)段、上部平車場(chǎng)段、1號(hào)交岔點(diǎn)段，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度222 m。

井底甩車場(chǎng)段設(shè)計(jì)長(zhǎng)54 m，凈寬5000 mm，凈高4500 mm；車場(chǎng)段設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為90 m，設(shè)計(jì)斷面規(guī)格為凈寬4600 mm，凈高3800 mm；上部平車場(chǎng)設(shè)計(jì)長(zhǎng)度72 m，凈寬4600 mm，凈高3800 mm；1號(hào)交岔點(diǎn)設(shè)計(jì)長(zhǎng)16 m，凈寬9395～4600 mm，凈高5998～3800 mm。采用直墻半圓拱形斷面，錨網(wǎng)噴支護(hù)，壁厚120 mm，噴射砼強(qiáng)度等級(jí)C20，鋪底厚150 mm，鋪底砼強(qiáng)度等級(jí)為C20。

2020年2月17日副斜井井底車場(chǎng)已施工到位，但是由于副井井底車場(chǎng)布置在9號(hào)與10號(hào)煤層之間，煤層間距7.04 m，層間巖體主要以砂質(zhì)泥巖及泥巖為主，巖體穩(wěn)定性差，而且車場(chǎng)施工斷面大、交叉口多，巷道掘進(jìn)1個(gè)月后巷道圍巖蠕動(dòng)變形現(xiàn)象嚴(yán)重，特別是車場(chǎng)段局部出現(xiàn)頂板冒落、圍巖破碎現(xiàn)象。至3月24日，車場(chǎng)段頂板下沉量達(dá)0.45 m，巷道表面噴層出現(xiàn)裂縫并向巷道四周延伸，威脅著巷道安全施工。

2 巷道變形區(qū)二次加固方案

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀察分析，導(dǎo)致副井井底車場(chǎng)段圍巖出現(xiàn)變形破碎現(xiàn)象的原因主要有以下幾方面：（1）巷道原支護(hù)效果差，無(wú)法有效控制不穩(wěn)定巖層；（2）巷道施工區(qū)域交叉口多，巷道斷面大，圍巖應(yīng)力大；（3）巷道圍巖蠕動(dòng)變形后，破壞了圍巖力學(xué)結(jié)構(gòu)及整體穩(wěn)定性。

根據(jù)實(shí)際情況分析判斷，治理該類巷道變形現(xiàn)象，僅僅采用注漿加固的技術(shù)手段無(wú)法根本上控制圍巖變形，在注漿的前提下通過(guò)施工加長(zhǎng)注漿錨索控制圍巖變形，才能得到預(yù)期支護(hù)效果。

2.1 淺深孔兩次注漿加固

（1）注漿孔布置方式

① 注漿淺孔與深孔采用三花布置方式，注漿淺孔深度為3.0 m，鉆孔直徑為56 mm，其中兩幫各布置2個(gè)鉆孔（1#、2#），拱形頂板布置三個(gè)鉆孔（4#、5#、6#），幫部鉆孔1#鉆孔成15°仰角布置，2#鉆孔成10°俯角布置，1#、2#鉆孔間距為1.0 m，頂板鉆孔與基巖平面垂直布置；② 深孔與淺孔排距為3.0 m，其中幫部各布置一個(gè)，頂部布置2個(gè)，深孔與淺孔交錯(cuò)三花布置，深孔直徑56 mm，深度7.0 m，深孔與巷幫以及頂板基巖面垂直布置。

（2）注漿材料

注漿采用雙組分聚氨酯加固材料，該材料主要由A、B兩種成分組成。其中A組分主要由阻燃高分子材料和聚合MDI組成，B組分主要為聚醚多元醇、表面活性劑、催化劑的混合物。聚氨酯加固材料雖然成本費(fèi)用相對(duì)較高，但是在破碎圍巖中該加固材料具有很強(qiáng)的粘接能力、滲透效果好等優(yōu)點(diǎn)。

（3）注漿方式

淺、深孔施工完后，對(duì)淺孔內(nèi)埋入一根長(zhǎng)度為2.0 m注漿管（靠近孔底1.0 m范圍內(nèi)有出漿小孔），深孔內(nèi)埋入一根長(zhǎng)6.0 m注漿管（靠近孔底5.0 m范圍有出漿小孔）。注漿管與氣動(dòng)注漿泵連接進(jìn)行注漿施工。

（4）封孔處理

注漿堵漏是保證注漿效果的關(guān)鍵技術(shù)手段，車場(chǎng)段注漿鉆孔采用膨脹水泥以及棉紗聯(lián)合封堵。鉆孔內(nèi)埋入注漿管后，在孔口處采用膨脹水泥進(jìn)行封堵，封孔長(zhǎng)度不得低于0.5 m，封堵前后采用棉紗進(jìn)行堵塞。注漿深孔封孔平面示意圖如圖1。

圖1 注漿深孔封孔平面示意圖

（5）注漿壓力確定

通過(guò)對(duì)車場(chǎng)段圍巖表層施工窺視孔觀察發(fā)現(xiàn)，圍巖破碎范圍在0.8～2.2 m。根據(jù)漿液擴(kuò)散半徑計(jì)算公式可知，注漿壓力在0.5～1.0 MPa范圍內(nèi)漿液擴(kuò)散半徑在0.52～1.04 m，當(dāng)注漿壓力在1.0～2.5 MPa范圍漿液最大擴(kuò)散半徑達(dá)2.6 m，所以根據(jù)車場(chǎng)段實(shí)際圍巖破碎情況，注漿壓力確定為2.0 MPa。

2.2 幫頂圍巖注漿錨索加固

（1）注漿錨索規(guī)格

注漿錨索型號(hào)為SKZ160-1/1770，錨索直徑為22 mm，長(zhǎng)度為8.3 m，中空狀，注漿錨索最大抗拉強(qiáng)度為780 MPa，延展率為18%，錨索中部安裝注漿軟管，端頭部采用注漿鋼管與軟管對(duì)接。

（2）注漿錨索布置方式

車場(chǎng)段變形區(qū)全斷面施工注漿錨索，每排布置7根注漿錨索。其中兩幫各兩根，幫部第一根施工在直墻與半圓拱交界處且以15°仰角布置，第二根與第一根間距為0.9 m，同一幫部的兩根注漿錨索外露端安裝一根長(zhǎng)度為1.5 m“W”型鋼帶預(yù)緊；頂部施工3根注漿錨索，錨索間距為2.0 m，錨索外露端安裝一根長(zhǎng)度為4.2 m“W”型鋼帶預(yù)緊。

3 應(yīng)用效果分析

（1）圍巖變形監(jiān)測(cè)分析

車場(chǎng)段變形區(qū)返修加固后，分別在車場(chǎng)段布置三個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)（1#～3#），監(jiān)測(cè)圍巖變形、下沉情況。通過(guò)圖2可知，車場(chǎng)段變形圍巖采取“注漿加固技術(shù)+施工注漿錨索”聯(lián)合返修加固技術(shù)后，圍巖最大下沉量為0.35 m。由此可見(jiàn)，采取返修加固措施后，原破碎、裂隙圍巖進(jìn)行再次重組，提高了圍巖整體膠結(jié)強(qiáng)度，控制了圍巖大變形現(xiàn)象。

圖2 車場(chǎng)段變形區(qū)返修加固后圍巖變形曲線圖

（2）圍巖內(nèi)部窺視分析

在車場(chǎng)段圍巖變形區(qū)共計(jì)施工3個(gè)窺視孔，孔深為8.0 m，鉆孔直徑為60 mm，其中兩幫各一個(gè)，頂板一個(gè)。窺視孔施工完后采用ZKXG100型鉆孔成像軌跡檢測(cè)裝置對(duì)孔壁圍巖情況進(jìn)行觀察記錄。通過(guò)實(shí)際觀察發(fā)現(xiàn)，圍巖內(nèi)0.8 m范圍內(nèi)存在少數(shù)裂隙，通過(guò)成像儀可以清晰地看出圍巖裂隙充填的漿液，圍巖注漿后整體完整性好。由此可見(jiàn)，注漿后圍巖裂隙得到有效充填、粘接，保證了錨桿（索）支護(hù)預(yù)應(yīng)力傳遞作用，提高支護(hù)效果。

4 結(jié) 語(yǔ)

興無(wú)煤礦井底車場(chǎng)圍巖變形區(qū)采取“注漿加固技術(shù)+施工注漿錨索”聯(lián)合返修加固技術(shù)后，有效提高了圍巖內(nèi)部破碎煤巖體完整性以及可靠性，保證了錨桿（索）支護(hù)強(qiáng)度，控制了圍巖變形現(xiàn)象，解決了大斷面井底車場(chǎng)圍巖控制效果差、支護(hù)難度大等技術(shù)難題。