張建偉　孫子干

摘要：永華公司嵩山煤礦井田地形較平坦，屬山丘與平原地區(qū)之間的丘陵地，地勢(shì)大致是南高北低、東高西低。礦井煤層較軟，頂?shù)装寰鶠榛屹|(zhì)泥巖和砂質(zhì)泥巖，地壓大，煤層巷道維護(hù)很困難。現(xiàn)有的開(kāi)拓、準(zhǔn)備及回風(fēng)巷道，一般都采用錨噴支護(hù)。文章通過(guò)對(duì)巷道巖層變化、頂?shù)装鍓毫Ψ治鰧?duì)原支護(hù)方式進(jìn)行綜合分析，并研究了采用巷道底板進(jìn)行底板注漿，巷道兩幫設(shè)置泄壓槽，底板防水治理技術(shù)進(jìn)行新的支護(hù)。

關(guān)鍵詞：底鼓；底板注漿；泄壓槽；防水治理；底板注漿新型支護(hù)原理；錨噴支護(hù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TD353 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）10-0129-02

1 工程概況

嵩山煤礦2203膠帶巖石集中巷地面位置位于雷坡村以北300m下。區(qū)內(nèi)地形平緩，呈南東高、北西低趨勢(shì)，地面標(biāo)高為+347.6～+358.0m，地表均為第四紀(jì)黃土層覆蓋。地面除溝渠、田間小路外，其余均為農(nóng)田。本區(qū)巖（煤）層位于嵩山背斜北翼，為單一緩傾斜構(gòu)造，走向近東西，傾向北，傾角9°～20°，平均15°；巷道設(shè)計(jì)沿L7灰?guī)r掘進(jìn)，局部有摺曲或斷層。煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，局部含一層夾矸。巖（煤）層普氏硬度系數(shù)1～8。2203膠帶巷設(shè)計(jì)沿L7灰?guī)r掘進(jìn)，采用錨網(wǎng)噴支護(hù)。由于巷道圍巖壓力大，巷道內(nèi)經(jīng)常出現(xiàn)變形或底鼓現(xiàn)象，為此經(jīng)礦領(lǐng)導(dǎo)安排，在2203膠帶巷后巷進(jìn)行底板注漿加固施工。

2 對(duì)巷道底板底鼓原因進(jìn)行分析

2.1 巷道地質(zhì)變化引起應(yīng)力重新分布

巷道在掘進(jìn)過(guò)程中，巷道斷面巖層性質(zhì)發(fā)生變化，應(yīng)力重新分布，底板巖體為砂質(zhì)泥巖，巖體強(qiáng)度降低、節(jié)理裂隙較為發(fā)育，底板強(qiáng)度低，巷道頂板、兩幫壓力較大，應(yīng)力通過(guò)底板釋放導(dǎo)致底板鼓起。

2.2 錨網(wǎng)噴支護(hù)效果不佳

由于兩幫巖體性質(zhì)發(fā)生變化，上幫裂隙較為發(fā)育在打設(shè)幫錨過(guò)程中經(jīng)常發(fā)生卡鉆、鉆孔堵塞；錨桿注不到設(shè)計(jì)位置，錨桿間距、角度都不能按照設(shè)計(jì)打設(shè)；巖體裂隙發(fā)育夾雜裂隙水導(dǎo)致錨固劑凝固效果不理想。兩幫抗壓強(qiáng)度變小，底板收受壓力增大一定程度上會(huì)造成巷道底鼓。

2.3 圍巖裂隙發(fā)育，主動(dòng)性支護(hù)方式單一

巷道巖性受構(gòu)造裂隙發(fā)育影響原有錨網(wǎng)噴支護(hù)方式不能起到很好的支護(hù)作用，巖石自身的主動(dòng)防御性降低。當(dāng)迎頭光面爆破結(jié)束后，巷道掘進(jìn)完成后，圍巖應(yīng)力超過(guò)該段巖層巖體的屈服強(qiáng)度時(shí)，軟弱的塑性物質(zhì)就會(huì)沿著最大應(yīng)力梯度方向向消除阻力的自由面空間擠出。產(chǎn)生塑性擠出的圍巖主要是有裂隙發(fā)育、固結(jié)程度低的砂質(zhì)泥巖、泥灰?guī)r等軟弱巖體，當(dāng)巷道處于這些巖層中時(shí)就會(huì)產(chǎn)生底鼓現(xiàn)象。

2.4 巷道涌水量加大，底板受水浸泡膨脹底鼓二1煤層底板直接充水含水層曾發(fā)生過(guò)遇斷層和裂隙發(fā)生突水的情況

通過(guò)試驗(yàn)得知：未浸水前有微紋和完整的細(xì)粒砂巖、中粒砂巖和粉砂巖，浸水后一般無(wú)變化或無(wú)明顯變化。未浸水前有個(gè)別碎裂的砂質(zhì)泥巖，浸水1小時(shí)后，手觸即可裂開(kāi)；未浸水前完整的砂質(zhì)泥巖，浸水后無(wú)變化；浸水前具裂紋的砂質(zhì)泥巖，浸水20分鐘后，具裂紋線(xiàn)明顯，沿裂隙個(gè)別處裂開(kāi)，浸水5小時(shí)后，巖石完全裂開(kāi)，手觸即散落或者手觸裂開(kāi)。部分巷道煤層底板為砂質(zhì)泥巖，松軟，浸水后巖石開(kāi)裂嚴(yán)重，底板抗壓強(qiáng)度降低，巷道底板底鼓嚴(yán)重。

3 底板注漿支護(hù)解決巷道底鼓的可行性分析

3.1 根據(jù)巷道圍巖內(nèi)部松動(dòng)圈和該巷道圍巖的物理力學(xué)參數(shù)

根據(jù)收集的巷道資料整理分析得到巖性狀況，巷道裂隙發(fā)育時(shí)，巖性基本上是砂質(zhì)泥巖，此時(shí)巖石整體強(qiáng)度降低，遇風(fēng)片幫嚴(yán)重，見(jiàn)水易開(kāi)裂，底板抗壓強(qiáng)度降低；若僅采用錨網(wǎng)噴方式進(jìn)行支護(hù)，從理論和實(shí)踐上都不能起到有效作用。如圖1所示：

3.2 底板注漿新型支護(hù)原理

3.2.1 底板泄壓。對(duì)底鼓較嚴(yán)重地段進(jìn)行初次拉低，拉低達(dá)到設(shè)計(jì)深度后即可，每隔20m在巷道兩幫設(shè)置泄壓槽一個(gè)（500mm見(jiàn)方即可）。通過(guò)初次泄壓可以使巷道底板應(yīng)力重新分布，設(shè)置的泄壓槽可以將應(yīng)力集中起來(lái)避免整體巷道的底鼓。如圖2所示：

3.2.2 底板深孔注漿。注漿將裂隙發(fā)育的巖層進(jìn)行密封和膠結(jié)，增加了巖石的整體性，用底板深孔注漿，注漿眼在10m左右，對(duì)頂板、底板進(jìn)行加固，使其成為一體，提高圍巖的強(qiáng)度和自身承載結(jié)構(gòu)，保持巷道成型穩(wěn)定，底板和幫頂支撐結(jié)構(gòu)產(chǎn)生協(xié)調(diào)作用，基本上抑制住巷道底板和頂板變形（底板注漿和未進(jìn)行底板注漿的巷道相比，巷道底鼓量降低90%）。

3.2.3 對(duì)涌水量較大的巷道進(jìn)行底板防治水處理。利用注漿泵壓入石灰水，石灰與水相結(jié)合產(chǎn)生氫氧化鈣，吸收周?chē)?，氫氧化鈣與二氧化碳形成碳酸鈣，起膠結(jié)軟弱巖層、開(kāi)裂巖層作用。鈣離子與巖石表面的陽(yáng)離子進(jìn)行離子交換，使水膜變薄脫水，增強(qiáng)巖石的強(qiáng)度和抗水性。

4 支護(hù)方案設(shè)計(jì)

4.1 各項(xiàng)支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)

巷道底板注漿采用ZQJJ-200/1.8型氣動(dòng)架柱式鉆機(jī)（簡(jiǎn)稱(chēng)：地錨機(jī)）造孔。注漿采用ZBQ-15/6型氣動(dòng)注漿泵。

底板注漿流程：地錨機(jī)開(kāi)孔→鉆進(jìn)1.5m后下φ108mm孔口管（1m）→注漿固定套管→透孔后進(jìn)至分層注漿加固→進(jìn)至設(shè)計(jì)孔深（10m）→注漿、封孔（壓力達(dá)到2MPa，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況無(wú)水可繼續(xù)鉆進(jìn)）。

孔口管埋設(shè)后，用φ90mm沖擊器掃孔，并分層鉆進(jìn)至10m，注入單液水泥漿（水灰重量比為1∶0.5～0.8）注漿期間發(fā)現(xiàn)底鼓停止注漿。加固套管時(shí)可用水泥、水玻璃雙液漿，正常注漿時(shí)必須是單液水泥漿。水泥采用PO32.5普通硅酸水泥。

4.2 現(xiàn)場(chǎng)底板注漿新型支護(hù)效果分析

巷道底板注漿新型支護(hù)方式，從根本上治理了巷道底鼓支護(hù)難的問(wèn)題。有效抑制住底鼓快、底鼓量大，使巷道成型得到有效控制，減少返修工程增加功效，很大程度上增加了現(xiàn)場(chǎng)施工安全程度。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）巷道底板注漿新型支護(hù)方式攻克了偃龍礦區(qū)三軟煤層巷道底鼓問(wèn)題，對(duì)于原巖應(yīng)力大、構(gòu)造應(yīng)力強(qiáng)的巷道，巖石裂隙發(fā)育，采用傳統(tǒng)的支護(hù)方式已經(jīng)不能有效承載巷道圍巖壓力，控制巷道底鼓。新型支護(hù)方式可以既經(jīng)濟(jì)又有效地解決巷道底鼓問(wèn)題。

（2）三軟煤層巷道支護(hù)過(guò)程中，不僅要對(duì)頂板、兩幫支護(hù)進(jìn)行加固同時(shí)也要對(duì)底板進(jìn)行處理。無(wú)支護(hù)的巷道底板往往成為巷道變形、頂板漿皮開(kāi)裂的突破口。通過(guò)底板深孔注漿，對(duì)底板軟巖進(jìn)行加固有效抑制住底板鼓起，形成立體式支護(hù)。

（3）巷道底板加固注漿后，巷道底板涌水量由20～40m3/h，降至1m3/h以下。充分說(shuō)明通過(guò)底板注漿可以對(duì)巷道底板涌水有了較好的改善，有效解決了三軟煤層因巖石浸水底鼓的現(xiàn)象。

（4）巷道底板注漿新型支護(hù)方式操作簡(jiǎn)便，施工起來(lái)較方便，機(jī)械化程度高、經(jīng)濟(jì)利潤(rùn)高。

參考文獻(xiàn)

[1] 薛順勛，聶光國(guó).軟巖巷道支護(hù)技術(shù)指南[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2012.

[2] 車(chē)樹(shù)成，張榮偉.煤礦地質(zhì)學(xué)[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2006.

[3] 竇永山.礦山壓力與巖層控制技術(shù)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2007.

[4] 陳炎光，陸士良.中國(guó)煤礦巷道圍巖控制[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1995.

[5] 錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范（GB50086-2001）[S].

[6] 胡厚田，白志勇.土木工程地質(zhì)[M].北京：高等教育出版社，2009.

作者簡(jiǎn)介：張建偉（1975-），男，山東東明人，河南煤化集團(tuán)永華公司嵩山煤礦機(jī)電工程師，注冊(cè)安全工程師，研究方向：機(jī)電技術(shù)管理；孫子干（1990-），男，河南永城人，河南煤化集團(tuán)永華公司嵩山煤礦技術(shù)員，研究方向：煤礦開(kāi)拓掘進(jìn)相關(guān)技術(shù)和管理。

（責(zé)任編輯：吳 濤）