地质构造区巷道锚网索支护联合注浆加固技术

李鹏俊

(潞安环能股份公司 王庄煤矿，山西 长治 046031)

1 工程背景

王庄煤矿8107运输巷掘进至距开口600 m左右，即过向斜轴部后的上坡段，多次出现了板炮声，随后发生了冒顶现象。超前探钻孔显示，正前方70 m范围内煤体破碎。卸压孔施工过程中，钻孔深度超过10 m后钻进较困难，经窥视发现前方煤体酥松破碎，裂隙十分发育，多为横向裂隙，多处出现1 cm左右裂隙，存在一处5 cm纵向裂隙，为保证巷道安全顺利通过该异常区，首先利用钻孔进行卸压处理，然后针对该破碎区进行循环顶板及两帮超前预注浆加固，采用边卸压边注浆边掘进的方式掘进确保掘进安全。

2 高分子化学注浆加固机理

1) 浆液固结体的网络骨架作用。固结材料以其良好的韧性和粘结强度起到骨架作用，提高围岩的残余强度，限制围岩破坏的扩展，从而改善围岩状况[1-2]。

2) 充填压密及转变围岩破坏机制的作用。可将裂隙附近的岩体从二向应力状态变为三向应力状态，从而起到转变岩体破坏机制和提高围岩强度的作用[3]。

3) 提高围岩体强度。注浆能够提高裂隙与煤岩体之间的粘聚力和内摩擦角,增大岩体内部块间相对位移的阻力,从而提高煤岩体的整体稳定性[4]。

4) 形成承载结构。注浆加固可使松散煤岩体重新胶结成整体,形成承载结构,充分发挥煤岩体的自稳能力[5]。

5) 改善赋存环境。破碎煤岩体经注浆加固，提高了煤岩体整体性能[6]。

3 高分子化学注浆联合支护方案

3.1 注浆加固方案

1) 注浆材料。晋安加固Ⅰ号是一种低粘度，双组分合成高分子聚亚胶脂材料，具有柔韧性良好、反应迅速、不溶于水、膨胀率高、施工用量小等特性；采用高压灌注，树脂和催化剂进行反应，受压推挤，注入到煤岩层，可沿煤岩层裂缝延展至所有裂隙被充填满；粘度低，能很好地渗入细小的裂缝中；具有极好的粘合能力与地层形成很强的粘合；其良好的柔韧性能承受随后的地层运动；可与水反应并封闭水流；能提高地层的支撑力[7]。

2) 注浆孔位置及参数。根据现场巷道破碎裂隙发育情况，确定注浆扩散半径约为1.5 m，再根据注浆扩散半径在巷道顶板及左右两帮部布置注浆孔；并根据现场情况适当调整注浆参数，排拒为3～6 m(如图)。

图1 注浆钻孔布置断面/m

顶板钻孔布置：顶板每排3个孔，间排距3 m，顶板中间孔向掘进迎头方向偏斜35°，顶板两边眼像两帮方向偏斜25°、向掘进迎头方向偏斜35°，钻孔深度6 m，孔径为42 mm，封孔深度2 m，单孔注浆量20～30桶。

两帮钻孔布置：两帮上部注浆孔距顶板1 m，与水平夹角为25°，下部注浆孔沿水平方向，距底板1.5 m，两孔孔深6 m，上下两孔均向掘进迎头方向偏斜35°，孔径为42 mm。两排孔之间的排间距为3 m，单孔注浆量30～40桶。

3) 注浆设备及配件。注浆设备选用气动双液化学注浆泵，配件有环向膨胀式封孔器(图2)、双液注射混合枪(图3)、注浆管等。

图2 环向膨胀式封孔器及工作原理

图3 双液注射混合枪

4) 注浆工艺过程。

图4 注浆工艺流程

3.2 联合支护方案

8107运输巷迎头煤体酥软破碎有裂隙，提出采用锚索+锚杆+单体柱大板棚+喷浆联合支护方案。顶板支护：采用D22 mm×L9 300 mm锚索6根加强支护，间排距为900 mm×800 mm，巷道两帮按照间排距1 000 mm×800 mm，布置4根锚杆，两帮锚索加强支护打设5.3 m的大孔径预应力锚索，锚索布置方式为“2-2-2”，上下部锚索分别用D14 mm×3 600 mm×80 mm圆钢焊制双筋双梁钢筋梯子梁十字交叉连接。

4 矿压观测结果

为了监测、分析巷道围岩控制效果，在地质构造区域巷道设置三组测站。通过分析60 d的矿压观测数据(图5)得出，采用晋安加固I号高分子化学材料注浆加固后，其中顶底板移近量最大为130 mm，两帮移近量最大为110 mm，巷道成型较好，未出现冒顶现象，可见采用晋安加固I号高分子化学材料注浆加固与联合支护能够有效地控制复杂地质构造区的巷道围岩变形。

图5 巷道掘进期间巷道表面位移观测数据

5 结 语

8107运输巷掘进工程实践证明，应用晋安加固Ⅰ号高分子化学材料加固，采用锚索+锚杆+单体柱大板棚+喷浆联合支护，极其有效地改变煤岩体的破碎、松散结构，提高复杂地质构造区掘进施工安全性，进而提高了掘进施工速度，保证正常的采掘接替，值得在相似地质条件矿井的掘进施工中应用。