巷道过断层破碎带围岩加固技术

畅 征

(大同煤矿集团 同家梁矿，山西 大同 037100)

1 工程背景

某矿新水平开拓项目主运输大巷设计长度为2 006 m，断面为3.8 m×3.5 m，该巷从2018年10月正式开始掘进，先后遇见两条落差大于20 m的断层。2019年9月在掘进至1 520 m处，围岩受断层带影响造成煤层粉碎，片帮严重，经过现场论证，采用11号工字钢棚配锚索联合加强支护。采取该方式掘至1 584.3 m处揭露断层(该断层产状：70°∠78°，落差近28 m)并进入断层破碎带，断层带内充填受挤压浅灰色中砂岩和煤泥。掘进至1 606.9 m处断层破碎带仍未穿过，巷道冒落(冒落长度6 m，最高处有8 m)、片帮严重，而且在已施工巷道1 559～1 606.9 m段受来压造成11号工字钢棚变形严重。从现场施工情形看，现有支护方式已不能满足实际安全施工要求，该大巷作为主运输巷道，服务年限较长，为保证目前安全施工和今后的运行、维护，现急需采取措施，对该巷道过断层破碎带支护进行探索、研究，确保巷道安全施工[1-2]。

2 治理方案

2.1 架棚充填

经过调研及现场论证，决定从1 559 m处至1 606.9 m开始在原有的工字钢钢棚两腿之间套入U29钢棚，棚距中对中608 mm，上双层钢筋网，对冒顶区用防腐方木充填背实。套棚完成后，向前掘进时先对顶板破碎段提前注入玛丽散固化顶帮，根据现场围岩情况选择风镐或爆破作业，超前管棚作为临时支护，600 mm为一个施工循环，架设29号U型钢棚，直至进入稳定围岩后方可变为原设计支护。

2.2 壁后注浆

当巷道迎头进入稳定围岩后，对所有架棚段进行壁后锚注浆工作，加固松散破碎围岩，保证巷道长期稳定服务。

1) 自制注浆管。采用直径为20 mm无缝钢管制作，设计管长2.4 m，在注浆入口端扯50 mm长的螺纹，封孔设计长度为1.2 m，在1.2 m以里每隔200 mm打1个直径6 mm的注浆孔。见图1。

图1 注浆管加工设计(mm)

2) 注浆前初喷浆。注浆前初喷浆可以有效封闭岩面，避免注入深部的浆液通过围岩裂隙向外流出，确保注浆效果，具体操作为：在注浆前向顶板及两帮喷射厚度为5 cm的混凝土，做为止浆层。

3) 合理选择材料及设备。为了确保注浆效率和注浆效果，选择了2ZBQ-11.5/3气动注浆泵。对于浆液的选择有如下要求：浆液凝固最终强度高，具有较好的浆液流动性、稳定性、无毒性，材料成本低。所以最终确定采用普通硅酸盐水泥+添加剂做为注浆材料，普通硅酸盐水泥选择类型为525号，添加剂与水泥的比例为4∶100～6∶100，浆液水灰比为0.8∶1～1∶1，浆液配合比如表1所示。

表1 水泥添加剂单液浆配制

4) 优化注浆孔布置。考虑到巷道在穿过断层破碎带区域的围岩不稳固，在此应该布置和施工较密集的注浆孔，减小间排距，并结合浆液的扩散半径，最终确定注浆管间排距为1500mm×1500mm。

5) 优化注浆参数。①注浆压力：注浆压力对加固质量和效果起着至关重要的作用，做为动力源为浆液在围岩中扩散提供动能，根据以往的注浆经验，当注浆压力<4 MPa时，随着注浆压力的不断增加，锚杆承载力增大，当注浆压力>4 MPa时，锚杆承载力不再增加，最终确定经济合理的注浆压力为2～3.0 MPa。②注浆量：注浆量是最主要的注浆参数，决定着浆液的扩散半径从而影响围岩加固效果，结合现场围岩状况，本着节省注浆材料与注浆时间的原则，通过理论分析和现场试验，最终确定注浆量为30～50 kg浆液/孔。③注浆时间：为了防止在围岩裂隙和孔隙发育的巷道内注浆泄漏，注浆时在控制注浆压力和注浆量的同时，还要控制注浆时间，注浆时间不宜过长。为了提高注浆效果，必须在提高注浆压力的同时适当延长注浆时间，需根据实际情况，灵活掌握注浆压力和注浆时间，最终确定注浆时间为10～20 min。

3 现场应用情况

在主运输大巷1 559～1 606.9 m区间对原有的工字钢钢棚两腿之间额外增加套入U29钢棚，掘进至1 630 m处，进入稳定岩层，开始对架棚巷道进行注浆，注浆后通过观测，围岩基本处于稳定状态，对顶板及帮部进行观测基本没有发生变化，该巷道于2020年1月中旬掘进到位。

4 结 语

通过采取架棚及注浆支护技术，有效控制主运输巷道断层破碎带帮部及顶板围岩，该支护技术在满足技术要求的前提下，取得了较好的应用效果，既保证了巷道加固后的稳定性，使巷道的变形量确保在设计允许范围内，又改善了围岩的物理力学性能，提高了支护结构的承载能力。该方法还有安全性高、成本低、施工速度快、劳动强度小等特点，具有广泛的推广应用价值。