复用巷道应力区注浆加固技术应用分析

卢 义， 张安慎

(1.山西王家岭煤业有限公司，山西 忻州 036600；2.山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司，山西 太原 030006)

1 概述

18105工作面为王家岭煤业第3个回采工作面，东部为已回采的18103采空区，西部为待采的18107实体煤。工作面开采8#煤层，工作面长1 986.6 m，宽222.4 m，煤厚6.5 m～8.60 m，煤层倾角6°，采煤方法为综采放顶煤，采高3.5 m，放高4 m左右。煤层绝大部分含2层～3层夹矸。煤层上方伪顶厚0 m～0.5 m，为炭质泥岩；伪顶上方为泥岩直接顶，厚度2 m～3 m。直接顶上方为厚层完整砂岩老顶，厚度超过20 m。18105工作面采用两进一回布置，胶带和辅运顺槽间净煤柱为30 m，辅运顺槽留下复用，作为18107工作面回风顺槽。

18105辅运顺槽与18107胶带顺槽间预留保安煤柱宽度为35 m，18105辅运顺槽沿8#煤层底板掘进，巷道掘进宽度为5.5 m，掘进高度4.2 m(铺底0.2 m)，巷道采用锚杆锚索支护。

18105工作面回采结束后18105辅运顺槽留下用作18107辅运顺槽，如图1所示，其900 m～1 100 m段由于向斜地质构造、工作面停留时间较长等原因出现底鼓、帮部网包和顶板下沉现象。为防止变形段在18107回采超前支承压力作用下再次出现大变形，影响18107回采面正常推进。

图1 18105胶带顺槽平面布置示意图

2 应力区支护方案确定

通过技术研究对18105辅运顺槽应力区提出了“棚式支架支护”、“锚杆、锚索加强支护”、“注浆加固”等三种方案[1-3]。

2.1 棚式支架支护

棚式支架支护主要利用棚式支架配合金属网对顶板进行联合支护，该支护属于被动支护，对围岩施加的主动预应力效果差，棚式支护在支护过程中当围岩发生变形挤压时，钢棚对围岩产生一个控制作用力，从而对围岩变形进行挤压控制，棚式支护在作用过程中围岩与此同时也在发生变形过程；当棚式支架在高应力围岩中进行支护时围岩变形量增加，支架承载作用力也相应增加，当围岩应力大于支架承载载荷时，支架出现变形、断裂现象，同时大变形、应力围岩会进一步加速支架破坏[4-5]。

2.2 锚杆、锚索加强支护

对于新开挖的巷道围岩整体稳定性相对较好，及时采用锚杆、锚索支护时可以有效控制围岩裂隙扩张现象，使巷道顶板形成次生承载结构，保证巷道围岩稳定性，从而有效防止因巷道开挖后围岩出现破碎现象；但是对于二次复用巷道，巷道在应力作用下巷道围岩完整承载结构消失或承载能力降低，锚杆、锚索在开裂破坏围岩中可锚性降低，锚杆、锚索支护时预紧力不足，降低了锚杆支护效果；同时，围岩出现裂隙、离层时在裂隙部位会阻止锚杆、锚索作用于围岩的预应力传递，如图2所示。同时，围岩连续变形开裂失去了约束作用，在高应力作用下从围岩表层至深层发生扩容性破坏。因此，简单的锚杆支护无法对变形围岩进行控制与维护。

图2 围岩离层开裂对锚杆支护作用的影响

2.3 注浆加固

采用注浆加固时，注浆材料在压力作用下渗透至裂隙内并进行粘接，使裂隙岩体再次形成稳定连续结构；裂隙带内注入的浆液凝固体较强的载荷强度时，可以有效防止在高应力作用下岩体裂隙带处出现扩容破坏作用；由此可见注浆加固技术是在改变围岩结构过程中提高围岩承载强度，所以合理选择具有高强度结石体的注浆浆液对裂隙围岩加固效果起着重要作用；破碎围岩注浆后提高了整体完整性，保证了锚杆、锚索支护时预应力传递。所以，决定对18105辅运顺槽应力区采取注浆加固技术。

3 注浆加固技术应用

3.1 注浆加固目的

高压注浆的目的是通过注浆液渗透至围岩裂隙内，将破碎围岩进行重新粘接组合，恢复围岩完整性，形成连续稳定的结构体，再一次提高破碎围岩承载能力，从而保证锚杆、锚索支护后预应力能够很好地传递，提高锚杆、锚索支护质量。

3.2 注浆材料选取

18105辅运顺槽应力区注浆加固材料采用化学改性水泥浆。煤体水泥注浆使用525#普通硅酸盐水泥，使用水玻璃改善浆液悬浮性和流动性，添加浆液黏结改性液，提高浆液固化后对破碎煤岩的黏结力。水泥浆内添加XPM添加剂，添加剂用量一般为8%～10%。水泥浆的水灰比为0.6∶1～1∶1(根据现场注浆情况调整)。使用水泥-水玻璃双液浆时水玻璃浓度为48 Be’～55 Be’(根据现场情况进行调整)，模数M=2.8～3.2。水泥浆和水玻璃的体积比为1∶0.4～1∶1。

3.3 注浆施工

1) 注浆孔布置：18105辅运顺槽帮、顶围岩水泥注浆孔，沿巷道断面成排布置，巷道帮顶注浆钻孔呈五花布置，孔排距为1.8 m，帮部注浆孔间距为1.6 m，顶板注浆孔间距为2.0 m。受到管路的影响时，可根据现场施工条件进行适当调整。

2) 钻孔施工：两帮顶角、底角钻孔使用ZYJ-270/180架柱式液压回转钻机打孔，钻头直径Φ56 mm；两帮其余垂直钻孔使用ZQS-65/2.5防突钻机打孔，钻头直径Φ44 mm；顶板使用ZYJ-270/180架柱式液压回转钻机打孔，钻头直径Φ56 mm。

3) 钻孔技术参数：巷帮靠近顶板孔仰角为5°，靠近底板孔俯角为15°，其余钻孔垂直于两帮；顶板靠近两帮的注浆钻孔与垂直巷道顶板方向呈15°夹角，其他钻孔垂直巷道顶板施工。18105辅运顺槽巷帮水泥注浆孔深度4 500 mm，顶板水泥注浆孔深度为6 000 mm。

3.4 应用效果分析

3.4.1 巷道表面位移观测

采用十字布点法安设巷道表面位移监测断面。首先分别在巷道顶板以及两帮中部各施工一个深度为0.4 m，直径为30 mm的圆孔，并将直径为32 mm的木桩打入孔内；顶板木桩以及右帮木桩端部安装弯型测钉，底板以及左侧木柱端部安装平头测钉，两监测断面沿巷道轴向间隔为0.6 m～1.0 m。

3.4.2 实际应用效果

对应力区巷道采取注浆加固后，对围岩进行30 d观察发现，在注浆后0 d～10 d范围内由于围岩出现蠕动变形，注浆材料凝固效果相对较差，围岩出现局部小变形现象，顶板最大下沉量为0.25 m，底鼓量为0.22 m，两帮收缩量为0.37 m；在10 d～30 d范围内，注浆材料与巷道围岩达到耦合作用，巷道围岩变形量趋于零。

4 结语

王家岭煤矿对18105辅运顺槽应力区变形段采取注浆加固技术后，注浆材料充填了遭到破坏的围岩内部裂隙，加强了裂隙围岩整体单轴抗压强度，降低了裂隙发育现象，以有利于锚杆锚索锚固预紧时力的传递，大幅度提高加固质量和效果，提高了围岩结构整体稳定性，降低了围岩变形现象，具有显著的应用成效。