深井软岩巷道围岩加固技术研究及应用

侯君朝

（山西兰花科创玉溪煤矿有限责任公司，山西 晋城 048214）

1 工程概况

玉溪煤矿进风立井马头门底板标高+320m，距离地表垂直距离600m，巷道长26m，工作面以泥岩为主，是连接进风立井和井底车场之间的巷道。巷道施工完成后出现变形破坏的现象，随着时间推移，变形量持续增大，局部帮顶大块混凝土掉落，严重影响玉溪煤矿正常运输及行人安全。

因此，通过对玉溪煤矿马头门加固技术进行研究，制定科学合理的加固支护技术，解决巷道一次支护后围岩变形控制难题，对玉溪煤矿持续安全高效生产具有巨大的现实意义。

2 巷道反复变形的原因分析

结合现场巷道支护现状、围岩变形破坏调查和窥视情况综合分析，造成马头门失修主要因素有：

1）进风井马头门底板标高+320，距离地表垂直深度达600m，埋层深、应力大；马头门最大断面达36.6m2，且位于井筒与井底车场交接处，巷道周围50m范围布置有进风井北车场、回风井北车场、西线联络巷、车场联络巷等巷道，应力集中。

2）马头门围岩以泥岩为主，遇水易膨胀，稳定性差；四邻巷道采用钻爆法施工，受爆破扰动影响，巷道裂隙发育。

3）马头门钢筋混凝土支护方式为刚性支护，围岩稍有变形很容易造成混凝土开裂，进一步发展就会产生脱落，削弱支护效果；马头门施工后未及时进行铺底，为地应力释放提供缺口，加剧围岩破坏。

在这些因素综合影响下，巷道围岩持续变形，裂隙由浅入深不断扩展，原有支护承载结构的承载能力持续降低，最终导致巷道支护失效，巷道失稳破坏。

3 围岩加固方案的确定

3.1 设计原则

巷道典型特征是埋层深、地应力大、围岩软、裂隙发育，单一的加固方法不能有效控制此类破碎围岩的长期蠕动及进一步破坏，对此类巷道加固工程应在恢复围岩内部结构完整性基础上，加强对巷道围岩的整体支护，帮顶及底板加固同时进行。

3.2 围岩加固方案

根据巷道窥视情况，马头门围岩破坏深度达6m，围岩破坏由浅入深，其中3m范围内裂隙较大，3m至6m之间裂隙刚形成，细小且不连续。综合考虑原有支护方式、围岩变形机理及裂隙发育情况，确定采用全断面双液注浆配合反底拱浇筑综合加固方案。

3.3 加固原理

水泥浆强度高、耐久性好，但颗粒度大，难以注入岩层的细小裂隙或孔隙中，适用于强度高、裂隙大的破坏体加固，巷道浅部采用水泥注浆；高强度化学浆液可注性好，能注入土层中的细小裂隙或孔隙，但价格较贵，适用于裂隙细小的破坏体加固，巷道深部采用高强度化学浆。通过注浆充填，原有钢筋混凝土得到修复，巷道围岩重新整合为一体，充分调动了钢筋混凝土支护及深部围岩承载能力，保证围岩裂隙不再次张开。

反底拱施工支护强度大，并与钢筋混凝土连成一体，从而形成一高强度的环形支护体，保证了巷道支护的完整性及连续性。

4 加固工艺及技术参数

施工顺序：帮顶水泥注浆—帮顶化学注浆—起底—底板水泥注浆—底板化学注浆—反底拱支设及浇筑。

4.1 水泥注浆

1）采用525#普通硅酸盐水泥配合XPM添加剂制备水泥浆，水灰比1：1，XPM添加剂为水泥重量的8%～10%。水泥注浆孔矩形布置，排距1800mm，间距1600mm，深度3m，采用Φ56mm的钻头打孔，孔口埋注浆管，孔内下2m的射浆管，孔口注浆管与孔内射浆管相连，注浆压力2～3MPa，使用棉纱加水泥固定孔口注浆管并封孔，钻孔布置如图1。

图1 进风井马头门水泥注浆孔布置

2）水泥注浆要求。①围岩注浆，孔内下射浆管。射浆管壁每200～500mm对开一组φ8～φ10mm射浆口,射浆管与孔口管连接牢固，保证浆液沿钻孔全长注入周围岩体。②孔口管必须埋设牢固，埋设长度不小于400mm，不得在注浆过程中松动或漏浆。孔口管松动或漏浆造成注浆失败的必须补打注浆孔。③水泥浆必须添加XPM水泥注浆添加剂，严格控制浆液水灰比，减少水化反应以外的多于水量。④每孔注浆作业应连续进行，中途不宜中断.尽量避免因机械故障、停电、停水、器材故障等问题造成的注浆中断。因大范围漏浆或浆液消耗量过大而中断注浆时，在施工日志中准确记录，并确保周边钻孔的注浆质量，必要时应补打注浆孔。⑤打钻、注浆过程中及时处理漏浆点，采用人工糊缝处理漏浆点，并压注单液水泥浆。⑥注浆过程发生相邻钻孔串浆时，必须对串浆的钻孔进行交替注浆或分开管路同时注浆，禁止利用一个钻孔对两个或更多串浆钻孔同时灌注，分别记录连通钻孔注浆情况。⑦注浆过程系统运行必须可靠，随时检查压力表是否正常，发生故障及时更换，禁止在压力表故障状态下进行注浆施工。根据注浆压力控制注浆速度 10～25L/min。

4.2 化学注浆

1）水泥注浆完成后5天开始化学注浆，选用渗透力强、固结强度高的高强度阻燃化学浆，抗压强度大于45MPa，剪切强度大于20MPa，抗拉强度大于10MPa。化学注浆孔矩形布置，排距3600mm，间距3200mm，深度7m，采用Φ56mm的钻头打孔，采用孔内下注浆赛注浆，注浆赛下设深度6m，注浆压力5～8MPa，钻孔布置如图2。

2）化学注浆要求。①化学浆制备：将化学浆的两个组份分别倒入2个配料桶内，注浆泵吸液管分别插入两个料桶内，连接系统注浆。双组分化学浆混合后，在较短时间内将凝结成强度较高的固结体。加固施工过程中，必须标记并固定使用配料桶、吸液缸及注浆管路，严禁混用，防止毁坏设备及注浆系统。②孔口管通过拆卸接头与封孔器连接牢固，钻孔注浆结束时必须右旋拆下孔口管，封孔器自动封闭孔内浆液，阻止孔内材料外溢。③每班注浆结束使用专用清洗液清洗设备及管路系统，工程结束后设备运至地面拆卸清洗。施工过程中可复用的枪体、孔口管及拆卸接头等发生堵塞后升井清理。④化学浆固化过程放热，钻孔漏浆时必须停止注浆，采取适当措施堵漏，用浮渣覆盖漏浆集中地点，禁止漏浆材料聚集。⑤使用的化学浆粘度低，渗透能力强，漏浆导致压力不足时，控制单孔注浆量，每孔浆液消耗量：单孔注浆量达到500kg时，结束注浆。

施工过程中先进行帮顶注浆，帮顶注浆完成后再进行起底及底板注浆加固。起底时将该段施工成锅底状，最深部位离轨面线不小于1500mm，采用人工配合手、风镐的方式由里向外进行起底。

4.3 反底拱支设及浇筑

注浆后5天进行反底拱施工，反底拱采用U36型支架，两端焊接300mm×300mm×15mm的钢板，排距800mm。反底拱支架下铺设 Φ6.5mm×1040mm×2540mm金属网，网格100mm×100mm，搭接长度100mm，并用双股用14#铁丝捆扎，每隔100mm捆扎一道，拧结不少于3圈。反底拱与底板之间部位采用混凝土充填，强度C30，最深部距离底板1500mm，在混凝土中加入防水剂。如图2所示。

图2 进风井马头门化学注浆孔及反底拱施工

5 加固效果

进风井马头门巷道加固完成后，通过5个多月的观察巷道两帮及顶底板变形比较小，巷道两帮变形量控制在25mm以内，顶底板变形量控制在30mm以内，未出现离层、鼓包及混凝土脱落等破坏现象。巷道变形量日趋减小，观测数据显示加固后3月至5月之间两帮变形量为2mm，顶底板变形量为3mm，支护稳定。

图3 进风井马头门变形曲线

6 结论

进风井马头门采用全断面双液注浆配合反底拱浇筑的加固方式，深浅孔双液注浆充分考虑围岩裂隙及经济效益，既节约了施工成本，又取得最佳的加固效果；注浆加固加强了围岩及原有钢筋混凝土的支护强度，充分调动了钢筋混凝土及深部围岩承载能力；反底拱混凝土浇筑使整个支护形成一个封闭的环形支护体，较大程度提高围岩承载能力。通过加固很好的解决了巷道稳定性控制问题，围岩变形量控制在30mm以内，取得了良好的加固效果和经济效益,为同类深井软岩巷道围岩加固提供了借鉴经验。