大跨度变形巷道复合注浆与锚固联合修复技术

李波

摘 要：王坡煤矿二采区集中轨道巷地应力条件复杂，出现大范围的严重变形，钻孔窥视结果表明，顶板上方2.5 m内出现大量离层。通过对巷道的变形和受力特征分析认为集中轨道巷变形的主要原因是锚杆支护系统的支护强度偏弱和采动影响。结合现场巷道变形条件和现有巷道加固技术，提出了复合注浆与锚固联合修复方案，实践表明该技术对于大跨度高应力变形巷道的控制具有较高的应用价值。

关键词：大跨度巷道 注浆锚索 复合注浆 加固技术

中图分类号：TD82 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）05（a）-0086-02

在煤矿开采过程中，随着开采深度增加，顶板受力条件变得更复杂，巷道围岩压力会不断增大，巷道维护变得更困难。特别是当巷道跨度比较大时，极易出现围岩受力变形，导致巷道控制困难，因此，大跨度易变形巷道的支护是目前亟待解决的一个重要问题。

1 现场地质条件及出现问题的原因分析

王坡煤矿主采3#煤，平均厚度5.97 m，平均倾角为6°，抗压强度为15.5 MPa，内生节理裂隙发育，局部含有两层夹矸。直接顶为砂质泥岩，平均厚度4 m，抗压强度为41.6 MPa，局部含有粗粉砂岩。底板为泥岩或细粉砂岩，平均厚度2.1 m，抗压强度为36.7 MPa。

采区变电所、水泵房等永久硐室，分别布置在集中轨道巷与集中回风巷、集中轨道巷与集中胶带巷之间，局部巷道布置密度高、距离近，形成了近距离高密度巷道群，临近区域采掘影响易造成围岩失稳甚至变形破坏（见图1）。

集中轨道巷断面尺寸为长×宽=4.5×3.1 m，沿煤层底板掘进，巷道顶板有2.9 m的煤层、砂纸泥岩、中砂岩等岩层，全断面采用锚杆索加喷浆联合支护。但是在建井前期就已发生底鼓、帮顶喷层开裂等破坏，通过分析得出主要原因有以下三方面：

（1）受附近掘进巷道和硐室开挖影响。由于采区变电所周围巷道和硐室多，掘进动压导致巷道与硐室之间的隔离煤柱围岩失稳、变形增大；（2）附近工作面开采的影响。3212综采面回采动压导致巷道变形更加严重；（3）巷道支护强度不足。巷道埋深超过450 m，巷道两帮围岩处于应力升高区，支护强度不足。

2 巷道围岩钻孔窥视及分析

为准确了解巷道围岩的破坏情况，进行了围岩结构钻孔窥视，见图2。

顶板从开口处往顶板深部，裂隙开始表现为多而无序，说明围岩破碎严重，随着深度增加，裂隙多表现为水平横向裂隙，裂隙多沿岩层的层理面扩展，其中在2.4 m处发生离层，锚杆长度为2.3 m，离层范围在锚杆锚固区外；随着钻孔深度继续增加到4 m以后，横向裂隙逐渐减少，钻孔完整性保持较好，说明巷道顶板4 m深部处围岩基本完好。

窥视结果表明，锚杆支护区域位于离层扩展区以下，可能存在不稳定和继续离层的情况，为了控制表面锚杆锚固区岩层的继续变形，需要设计加固方案在加固锚杆锚固区整体承载能力的同时，增加大结构承载能力。

3 大跨度变形巷道加固技术的分析选择

针对该矿大跨度变形巷道的实际情况，要求对其围岩薄弱破碎区域进行加固，防止巷道在服务期内出现顶板破坏冒漏等事故，从而满足巷道的支护要求，实现服务期间的安全。

变形巷道围岩加固通常可采取的方法包括：

（1）棚式支架支护。

破碎围岩巷道棚式支架配合金属网维护，可以防止破碎煤岩体的突然塌落冒顶。但由于棚式支护为被动支护，难以对巷道围岩施加有效控制变形的预应力。

（2）破碎围岩锚杆、锚索支护。

对于已发生离层、破坏的巷道破碎围岩，采用锚杆锚索补强支护时，由于围岩开裂破坏，内部完整结构消失，可锚性下降，锚杆锚索预紧过程所需的锚固力不足。而且，围岩内部开裂离层部位将阻断锚杆锚索作用于围岩的预应力在锚固区的传递，此时简单的锚杆锚索补强支护，也往往不能有效控制围岩变形的发展。

（3）注浆加固。

对变形巷道进行高压注浆的目的是充填已经变形的巷道围岩内部裂隙，将破碎围岩进行胶结加固，提高其自身的承载能力，重构完整的围岩岩体结构，形成连续的巷道围岩结构体，以有利于锚杆（索）加固时围岩内部力的传递，可以显著提高加固效果。因此，注浆加固是整个巷道加固的基础，也是保证加固效果的基本条件。在实施高压注浆后，破碎围岩基本上可以恢复到连续状态，但自身承载能力仍不能满足巷道加固要求，注浆施工后必须补强对集中轨道巷围岩的支护。

4 大跨度变形巷道围岩加固的参数与实践

根据前面研究确定集中轨道巷加固技术主要采用高压复合注浆配合强力锚索支护，结合钻孔窥视结果和工程类比法，综合确定巷道加固采用初次水泥浆注浆、二次化学浆注浆和三次强力锚索补强的综合加固顺序，并确定相应参数，如图3所示。

水泥注浆加固参数：围岩水泥注浆钻孔成排五花布置，排距1.8 m，布置在两排锚杆之间，间距1.2～1.6 m，两帮靠近顶底板的注浆孔上仰或下扎15°，其余钻孔垂直于两帮；顶板靠近两帮的注浆孔，外扎15°和45°，其余钻孔垂直于顶板。帮孔深度6 m，顶孔深度4 m，孔口注浆压力3～5 MPa。

如图3（a）所示。

化学注浆加固参数：水泥注浆完成后，帮顶进行化学注浆，进一步改善围岩结构完整性。化学注浆孔沿巷道断面五花眼布置，排距2.7 m，间距2～2.25 m，化学注浆孔深度均为3 m，封孔深度0.8 m注浆终止压力6～8 MPa。如图3（b）所示。

围岩补强支护参数：化学注浆施工完成1天后，进行注浆锚索补强支护。锚索选用直径22 mm的1×19丝锚索，长度5.3 m，采用一支K2335和两支Z2360树脂端部锚固，其余部分采用水泥浆锚固。顶板锚索采用三花布置，间距1.5 m，排拒1.8 m。巷帮锚索间距1.3 m，排拒1.8 m，底脚锚索下扎5～10°，其余帮锚索垂直岩面布置。如图3（c）所示。

5 监测效果分析

锚索受力监测曲线如图4所示，锚索在预紧后的两三天内预紧力均有不到10 kN的下降，这有两方面的原因：一是仪器的误差；二是注浆加固没有将巷道围岩内的微小裂隙注实，导致在高预紧力的情况下，巷道围岩内的微小裂隙被压实。在后期的监测曲线可以看出，锚索一直处于稳定状态，且受力逐步增加，说明注浆加固工程施工质量合格。

6 结论

（1）集中轨道巷发生变形和破坏的原因主要为巷道支护强度弱、应力条件复杂和受到3212综采面的开采采动影响，钻孔窥视结果显示，巷道在离层和变形主要发生在距离巷道表面4 m范围以内。

（2）通过对比棚式支护、锚杆索支护和注浆加固等巷道加固修复技术的适应性，综合集中轨道巷的变形与裂隙发育特点，确定采用初次水泥浆注浆、二次化学浆注浆和三次强力锚索补强的综合加固技术，并详细设计了相应的支护参数。

（3）现场的加固实践表明，在集中轨道巷在采用修复加固技术以后支护体整体承载能力增强，支护构件受力合理，对巷道的控制效果优良。

参考文献

[1] 黄兴，刘泉声，乔正.朱集矿深井软岩巷道大变形机制及其控制研究[J].岩土力学，2012，33（3）：827-834.

[2] 王博.大变形巷道支护技术研究[J].煤炭工程，2011（4）：34-36.

[3] 周廷振，黄茂鸿.软岩大变形巷道卸压与可控大变形支架支护技术[J].煤炭科学技术，2010，38（8）：50-52，55.

[4] 于清军，张万超，杨志军.锚注加固技术在塌陷变形巷道治理中的应用[J].金属矿山，2009（S1）：740-742.

[5] 孙向阳.矿用钻孔窥视仪在煤巷掘进中的应用[J].能源技术与管理，2012（6）：125-126.

[6] 姜小春，刘景雷，焦利青，等.深部大变形软岩巷道返修支护对策研究[J].矿冶研究与开发，2007，27（4）：64-66.endprint