四通煤業(yè)五采區(qū)膠帶巷圍巖破碎區(qū)域注漿加固技術(shù)研究

馬清泉

（山西焦煤汾西礦業(yè)四通煤業(yè)有限公司，山西 臨汾 041000）

1 工程概況

山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)四通煤業(yè)有限公司（四通煤業(yè)）五采區(qū)膠帶巷位于+1020 m 水平2#煤層，蓋山厚度546～632 m，煤層傾角3°～5°，平均傾角為4°，平均厚度3.2 m，巷道沿煤層頂板布置，圍巖巖性特征詳見表1。作為五采區(qū)各回采工作面運(yùn)煤、進(jìn)風(fēng)、行人通道，五采區(qū)膠帶巷東側(cè)為2#煤層五采區(qū)52下01、2上101 回采工作面（均已回采結(jié)束），西側(cè)為2#煤層五采區(qū)2504（正在回采）、2上107、52上02 回采工作面（已回采結(jié)束）。五采區(qū)膠帶巷受采動(dòng)和礦山壓力影響，巷道變形嚴(yán)重，需對(duì)該巷道進(jìn)行整修，確保服務(wù)期間的安全使用。

表1 五采區(qū)膠帶巷頂?shù)装鍘r性特征

2 五采區(qū)膠帶巷原支護(hù)及礦壓顯現(xiàn)規(guī)律

2.1 五采區(qū)膠帶巷掘巷支護(hù)及表面變形特征

五采區(qū)膠帶巷與西側(cè)回采工作面間停采保護(hù)煤柱寬度50 m，與五采區(qū)輔運(yùn)巷間煤柱寬度30 m，掘巷階段采用錨網(wǎng)索梁支護(hù)，頂板錨桿長(zhǎng)2000 mm，直徑22 mm，間排距800 mm×800 mm，最外側(cè)錨桿與水平方向呈70°角布置，其余錨桿沿豎直方向與頂板垂直布置，配合鋼筋梯子梁及單層菱形金屬網(wǎng)護(hù)表；錨索索體為Φ17.8 mm×8300 mm 鋼絞線，布置間排距為1250 mm×1600 mm，每排3 根，均沿豎直方向垂直頂板布置；兩幫錨桿直徑為20 mm，長(zhǎng)度2000 mm，間排距700 mm×800 mm，兩側(cè)肩角處錨桿與水平方向夾角20°，其余沿水平方向垂直巷幫施工。具體布置如圖1。

圖1 五采區(qū)膠帶巷原支護(hù)方案（mm）

2.2 巷道表面位移規(guī)律

為全面了解五采區(qū)膠帶巷表面變形特征，在西翼2504 工作面末采階段的對(duì)應(yīng)巷段（五采區(qū)膠帶巷里程220 m 處）布置測(cè)點(diǎn)，采用十字觀測(cè)法監(jiān)測(cè)巷道表面圍巖相對(duì)變形量[1]。經(jīng)過為期100 d 的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，得到五采區(qū)膠帶巷表面變形量變化規(guī)律如圖2。監(jiān)測(cè)的第40 天對(duì)應(yīng)位置的2504 工作面停采，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況表明，五采區(qū)膠帶巷表面主要變形特征為頂板下沉和停采煤柱幫內(nèi)移。由圖2 所示結(jié)果可知，監(jiān)測(cè)的前20 d，此處受采面超前動(dòng)壓影響應(yīng)該是較明顯，變形增速較快；而在監(jiān)測(cè)的第40 天以后對(duì)應(yīng)2504 工作面停采，圍巖變形速率有所減緩；監(jiān)測(cè)100 d 時(shí)，兩幫移近量累計(jì)達(dá)到317 mm，頂?shù)装謇塾?jì)變形量達(dá)到294 mm，且圍巖未趨于穩(wěn)定，變形量持續(xù)增大。為保證生產(chǎn)和運(yùn)輸?shù)捻樌M(jìn)行，必須盡快采取有效措施對(duì)變形區(qū)域巷道圍巖進(jìn)行加固。

圖2 巷道表面變形規(guī)律

2.3 圍巖損傷程度實(shí)測(cè)

為精確地探測(cè)五采區(qū)膠帶巷圍巖內(nèi)部的巖性特征、裂隙發(fā)育情況[2-3]，采用CXK12(A)鉆孔三維電視成像儀對(duì)圍巖顯著變形位置進(jìn)行實(shí)測(cè)，測(cè)點(diǎn)布置在五采區(qū)膠帶巷里程220 m 處。通過對(duì)巷道頂板、兩幫施工鉆孔，然后將攝像頭送入鉆孔內(nèi)，觀察鉆孔巖壁的裂隙發(fā)育、破碎、巖性等特征，其原理如圖3（a）所示，通過現(xiàn)場(chǎng)探查整理得到圖3（b）所示結(jié)果。測(cè)試鉆孔分別布置在巷道頂板中部、左側(cè)肩窩（西側(cè)，與水平方向夾角45°）、左幫、右側(cè)肩窩（東側(cè)，與水平方向夾角45°）、右?guī)??？梢钥闯觯锏牢宀蓞^(qū)輔運(yùn)巷一側(cè)表面圍巖完整性較好，巷道左上方圍巖深度0～2 m 存在明顯的破碎區(qū)域，深度7～9 m 存在輕微破碎區(qū)，頂板巖層深度10 m 范圍內(nèi)存在較多的破碎區(qū)和裂隙發(fā)育區(qū)，淺部圍巖破碎深度已大于2.4 m，已超出頂板錨桿的有效支護(hù)范圍，頂板深度8～9 m 范圍內(nèi)圍巖較為破碎，表明8.3 m 的頂板錨索未錨固在穩(wěn)定巖層內(nèi)，右側(cè)幫部及肩角上部圍巖淺部圍巖破碎深度同樣大于2.0 m。綜上所述可知，五采區(qū)膠帶巷頂板和靠近回采面一側(cè)幫部圍巖破碎較嚴(yán)重，原有支護(hù)無(wú)法充分發(fā)揮其性能，無(wú)法有效控制圍巖的進(jìn)一步破碎、變形。

圖3 測(cè)試原理和結(jié)果（m）

3 五采區(qū)膠帶巷注漿加固技術(shù)方案

五采區(qū)膠帶巷現(xiàn)有支護(hù)條件下，圍巖將持續(xù)變形破壞，如果只是破壞哪段修哪段，巷道維修多處于被動(dòng)的巷道修復(fù)，通過砌碹、工字鋼等方式進(jìn)行支護(hù)，沒有從根本上解決巷道的變形問題。巷道變形后，巷道圍巖裂隙發(fā)育，大大降低了錨桿錨索的支護(hù)作用，砌碹、架設(shè)工字鋼都是被動(dòng)支護(hù)[4]，地質(zhì)構(gòu)造、采動(dòng)、原有的支護(hù)方式不合理等才是造成巷道破壞的主要原因。砌碹、架設(shè)工字鋼等都只是在巷道表面施加作用力，沒有從根本上解決問題，后期還要面對(duì)頻繁修復(fù)的難題，投入的人力和物力都是巨大的，將對(duì)正常生產(chǎn)造成持續(xù)影響。注漿加固作用和目的有兩點(diǎn)：（1）巷道呈現(xiàn)出明顯的破碎、裂隙，只有通過注漿漿液充填裂隙和破碎煤巖體，使圍巖形成完整的整體，才能夠提高其穩(wěn)定性，提高其自身的承載能力；（2）巷道原有錨桿錨索表現(xiàn)出明顯的錨固效能差的特征，通過注漿加固充填錨桿錨索與圍巖結(jié)合部位的空隙，提高錨桿錨索與圍巖的粘結(jié)力，從而提高錨桿錨索控制圍巖的能力。

采用KMA-1 型超強(qiáng)礦用無(wú)機(jī)材料，具有比化學(xué)有機(jī)注漿材料便宜、強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)，比普通硅酸鹽水泥顆粒細(xì)，有利于進(jìn)入細(xì)小的圍巖裂隙，而且凝固快、不收縮、施工簡(jiǎn)單。KMA-1 型超強(qiáng)礦用無(wú)機(jī)材料與礦井水?dāng)嚢杈鶆蚝筮M(jìn)行泵送，水灰比0.28:1，淺部注漿孔注漿壓力1～2 MPa，深部注漿孔2～3 MPa（注漿時(shí)需認(rèn)真觀察表面漿液漏跑情況，當(dāng)明顯漏跑漿液時(shí)，即使未達(dá)到注漿壓力，也應(yīng)立即停止注漿）。頂板注漿孔采用“三二三”布置，深部注漿孔距巷幫1.0 m 處與頂板夾角70°向上開孔，孔深8 m，直徑42 mm，排距1.6 m，采用注漿封孔器封孔，孔內(nèi)封孔位置距孔口4 m。淺部注漿孔直徑42 mm，間排距1.5 m×1.6 m，回采工作面一側(cè)（右?guī)停┎贾米{孔2 個(gè)，下排孔距底板1.4 m 處水平向下10°開孔，上排孔距下排孔0.7 m 水平向上10°開孔，孔深5 m，排距1.6 m，采用注漿封孔器封孔，孔內(nèi)封孔位置距孔口4 m。采用錨桿機(jī)開孔，開孔直徑42 mm，孔內(nèi)封孔位置可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況做出合理調(diào)整。鉆孔布置參照注漿孔布置圖如圖4。注漿作業(yè)完成后，對(duì)巷道斷面擴(kuò)刷至原斷面，對(duì)未失效的錨索重新張拉、錨桿重新預(yù)緊，失效破斷的錨索、錨索重新搭設(shè)安裝。

圖4 注漿孔布置示意圖（mm）

4 加固效果考察

五采區(qū)膠帶巷返修段注漿加固后，巷道表面圍巖穩(wěn)定，十字交叉法監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，頂?shù)滓平孔罱K穩(wěn)定在50 mm 以下，兩幫移近量穩(wěn)定在70 mm以下，整體穩(wěn)定性良好。為期30 d 的監(jiān)測(cè)得到其離層值變化曲線如圖5 所示，頂板巖層離層值前期隨著時(shí)間累積呈增大趨勢(shì)，加固返修約20 d 后，深部離層值趨于穩(wěn)定，返修25 d 后，淺部離層值穩(wěn)定，頂板深部巖層最終離層值為3 mm，淺部離層值10 mm，頂板巖層離層主要表現(xiàn)為淺部離層，占總離層值的76.92%，頂板整體離層值微小，且主要集中在注漿加固后20 d 內(nèi)?？傮w而言，頂板巖層穩(wěn)定性良好，能夠保障五采區(qū)膠帶巷圍巖的長(zhǎng)期穩(wěn)定。

圖5 頂板離層量變化規(guī)律

5 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)四通煤業(yè)2#煤層五采區(qū)膠帶巷原有支護(hù)條件下巷道表面變形量監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)巷道受到西翼回采面影響后，表面變形主要表現(xiàn)為頂板下沉及保護(hù)煤柱幫內(nèi)移，巷道表面持續(xù)變形直至失穩(wěn)破壞。通過鉆孔窺視表明，巷道頂板及停采煤柱一側(cè)幫部圍巖破碎較嚴(yán)重，現(xiàn)有錨桿、錨索支護(hù)構(gòu)件無(wú)法有效控制圍巖的失穩(wěn)破壞。提出采用KMA-1 型超強(qiáng)礦用無(wú)機(jī)材料進(jìn)行注漿加固，設(shè)計(jì)具體的注漿參數(shù)及工藝，加固返修后，頂板離層量微小，表面無(wú)明顯變形破壞現(xiàn)象，注漿加固效果良好。