掘進巷道過地質(zhì)構(gòu)造帶注漿加固技術(shù)研究

郝明劍

（山西焦煤汾西礦業(yè)賀西煤礦， 山西 柳林 033300）

引言

礦井回采巷道掘進過程中會遇到斷層、褶曲、陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造，在地質(zhì)構(gòu)造影響帶附近煤巖體通常較為破碎[1-2]。巷道掘進過地質(zhì)構(gòu)造時常出現(xiàn)底鼓、冒頂及圍巖變形量過大等問題[3-5]。底鼓及圍巖變形量過大可通過強化圍巖支護進行控制，但是冒頂會給作業(yè)人員工作安全帶來較大威脅。統(tǒng)計資料顯示，冒頂事故約占礦井總事故的40%以上、掘進工作面冒頂占礦井冒頂總事故的70%以上[6-7]。因此，確保掘進巷道過地質(zhì)構(gòu)造區(qū)圍巖穩(wěn)定是礦井安全生產(chǎn)需要重點解決的問題。

注漿是提高破碎圍巖穩(wěn)定性的主要措施，本文以30906 回風(fēng)巷過斷層構(gòu)造為工程實例，通過注漿不僅可避免頂板冒落，而且有效控制了圍巖變形，取得較好應(yīng)用成果。

1 工程概況

山西某礦30906 綜采工作面位于三盤區(qū)中部，采面主要回采9 號煤層，煤層厚度4.2 m、傾角5°、埋深平均406 m。9 號煤層賦存較為穩(wěn)定，為全區(qū)可采煤層，煤層頂板以泥巖、細砂巖為主；底板以泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖為主。三盤區(qū)已經(jīng)回采完畢的30901、30902、30903 等工作面均不同程度揭露了斷層、破碎煤巖體帶等地質(zhì)構(gòu)造，回采巷道圍巖變形整體較大。

30906 回風(fēng)巷設(shè)計斷面為矩形，寬4 500 mm、高3 100 mm，設(shè)計掘進距離1 680 m。巷道采用錨桿+U型鋼支護。根據(jù)臨近采面揭露地質(zhì)構(gòu)造情況及已知的地質(zhì)資料顯示，30906 回風(fēng)巷掘進過程中會揭露多個斷層及煤巖體破碎區(qū)，給巷道圍巖控制帶來較大影響。

2 巷道掘進過地質(zhì)構(gòu)造加固技術(shù)

巷道掘進過地質(zhì)構(gòu)造時，可通過減少錨桿、錨索間距強化圍巖控制，同時通過增設(shè)U 型架棚強化圍巖支護。增加圍巖支護強度，雖然可降低圍巖變形量，但是無法減少圍巖裂隙。為了提高圍巖整體強度，應(yīng)采用注漿方式充填圍巖裂隙，提高巖體內(nèi)摩擦角、黏聚力等。30906 回風(fēng)巷掘進過程中遇到地質(zhì)構(gòu)造后，圍巖裂隙發(fā)育。為確保圍巖穩(wěn)定，需要進行注漿及圍巖噴漿，注漿主要集中在頂板、巷幫，通過錨索補強支護；頂板及巷幫均需要噴漿，噴漿層厚度控制在100 mm 以上，通過噴漿降低空氣、水等頂板砂質(zhì)泥巖，弱化影響。通過頂板注漿、巷幫錨索補強方式控制地質(zhì)構(gòu)造帶影響區(qū)內(nèi)煤巖體，不僅可確保圍巖穩(wěn)定，而且可降低注漿給回采原煤煤質(zhì)帶來的影響。

2.1 頂板注漿加固鉆孔布置

在地質(zhì)構(gòu)造影響區(qū)域巷道頂板上布置三排注漿錨索，兩側(cè)注漿錨索與巷幫間距均為0.8 m、均外插65°，中間注漿錨索垂直頂板施工。為確保地質(zhì)構(gòu)造影響區(qū)內(nèi)頂板巖層穩(wěn)定，施工的注漿錨索長度均為8.0 m，注漿孔排距均為2.0 m。為了降低注漿對回采的原煤煤質(zhì)影響，提出采用錨索對煤壁進行強化支護。具體巷道頂板注漿孔、巷幫錨索布置如圖1 所示。

圖1 巷道頂板注漿孔、巷幫錨索布置示意圖（單位：mm）

2.2 注漿鉆孔施工工藝

為避免鉆孔注漿過程中出現(xiàn)串孔問題并提高注漿加固效果，頂板注漿加固鉆孔使用分步注漿方式。先施工并完成頂板靠近巷幫側(cè)的兩個注漿錨索施工，后進行頂板中部注漿錨索施工。

注漿材料選擇聯(lián)邦加固1 號（雙液）材料，該加固材料具有結(jié)石率高、滲透性強、速凝及早強等特點。通過調(diào)整水灰比，可調(diào)整膠結(jié)強度、膠結(jié)時間。注漿材料水灰質(zhì)量比選擇為0.8∶1，漿液混合3 min內(nèi)即可失去流動性、混合15 min 內(nèi)可完全固化；膠結(jié)8 h 后煤巖體抗壓強度、黏結(jié)強度即可分別達到12 MPa、2 MPa 以上。

在對頂板進行注漿時，注漿孔封堵長度均為2.0 m以上，注漿壓力控制在4 MPa 以內(nèi)。在注漿過程中應(yīng)隨時觀測頂板巖層情況，避免注漿壓力過大導(dǎo)致頂板巖體開裂。注漿時注漿量以注漿為準(zhǔn)，當(dāng)鉆孔出現(xiàn)較大漏漿或者注漿壓力達到上限時，即停止注漿。

3 地質(zhì)構(gòu)造帶注漿加固效果分析

30906 回風(fēng)巷掘進至地質(zhì)構(gòu)造影響區(qū)時，通過頂板注漿及巷幫錨索補強加固、圍巖噴漿等方式對圍巖變形及頂板軟弱、破碎巖體進行加固。注漿加固完成后對巷道頂?shù)装?、兩幫煤巖體收斂量進行監(jiān)測。具體圍巖變形監(jiān)測結(jié)果如圖2 所示。由圖2 可知，巷道掘進過地質(zhì)構(gòu)造期間巷道變形噴漿層未有明顯開裂跡象，同時頂?shù)装濉⑾飵兔簬r體收斂量最大分別為140 mm、37 mm，頂?shù)装迨諗恳缘坠臑橹鳎畲蟮坠牧窟_到116 mm。從圍巖變形量監(jiān)測結(jié)果看出，掘進巷道在過地質(zhì)構(gòu)造期間采用注漿方式加固頂板巖層、錨索補強巷幫支護強度及表層噴漿等方式可有效提升圍巖強度，取得較好的圍巖控制效果。

圖2 圍巖變形量監(jiān)測結(jié)果

4 結(jié)論

1）30906 回風(fēng)巷掘進期間會揭露多條斷層及煤體破碎帶，從而給巷道圍巖穩(wěn)定帶來較大威脅。針對斷層構(gòu)造區(qū)巷道圍巖特征，提出使用注漿、錨索補強及噴漿方式對圍巖進行加固。由于巷道圍巖裂隙主要分布在頂板上，為此使用注漿對頂板進行補強；通過在巷幫施工錨索對巷幫煤體進行補強，避免注漿給煤體煤質(zhì)帶來影響；在圍巖噴漿后，可避免空氣、水等對砂質(zhì)泥巖的軟巖弱化影響。

2）依據(jù)掘進巷道圍巖特點，對頂板注漿加固、巷幫錨索補強加固方案進行設(shè)計?，F(xiàn)場應(yīng)用后，巷道掘進過地質(zhì)構(gòu)造期間表層噴漿層未出現(xiàn)開裂、圍巖變形量均在安全范圍內(nèi)。