王三紅

（晉城煤業(yè)集團(tuán)長(zhǎng)平公司，山西 晉城 048400）

山西長(zhǎng)平煤礦采區(qū)石門(mén)巷道屬于軟巖巷道，支護(hù)難度較大，經(jīng)常出現(xiàn)冒頂、片幫等現(xiàn)象。此外受到采區(qū)工作面回采的影響，巷道圍巖變形較大，巷道后期維護(hù)費(fèi)用大。為提高軟巖巷道的支護(hù)效果，提升巷道穩(wěn)定性，提出采用注漿加固技術(shù)來(lái)提高巷道圍巖強(qiáng)度[1-2]。根據(jù)圍巖注漿漿液的流動(dòng)機(jī)理，注漿加固技術(shù)可分為充填式注漿、劈裂式注漿、滲透式注漿、電化學(xué)式注漿等。由于該礦井巷道屬于地下施工巷道，因此采用滲透式注漿方法。根據(jù)巷道圍巖力學(xué)特性以及力學(xué)環(huán)境等條件，科學(xué)確定圍巖注漿加固方案，保證巷道注漿加固效果。

1 工程背景

山西長(zhǎng)平煤礦采區(qū)石門(mén)屬于軟巖巷道，巷道長(zhǎng)度為600m，巷道布置在巖層中，圍巖巖性主要為砂質(zhì)泥巖、泥巖，巷道斷面為矩形，寬度為5m，高度為4m。巷道由于圍巖強(qiáng)度較低，加之受到周?chē)夭晒ぷ髅娌蓜?dòng)影響，圍巖比較破碎，原有的巷道支護(hù)方案已無(wú)法保證巷道的穩(wěn)定，巷道變形嚴(yán)重。

2 注漿機(jī)理分析

根據(jù)巷道開(kāi)挖后圍巖的分區(qū)理論，自巷道圍巖淺部到深部可分為三個(gè)區(qū)域，分別為塑性區(qū)、彈性區(qū)以及原巖應(yīng)力分布區(qū)。一般圍巖裂隙發(fā)育區(qū)域多處于塑性區(qū)內(nèi)。巖體從完整到破壞可分為三個(gè)階段，包括彈性變形階段、破斷階段以及塑性變形階段。當(dāng)巖體承受壓力超過(guò)其最大抗壓強(qiáng)度后將進(jìn)入破斷階段與塑性變形階段，內(nèi)部產(chǎn)生許多裂隙，裂隙將不斷擴(kuò)大直至貫通。巷道圍巖注漿方案的確定主要取決于圍巖內(nèi)裂隙發(fā)育情況，圍巖裂隙發(fā)育嚴(yán)重，滲透性越好，漿液容易擴(kuò)散，圍巖裂隙不發(fā)育，滲透性差，漿液容易聚集[3-5]。

巷道開(kāi)挖后，圍巖自淺部到深部可分為完全滲流區(qū)、定向滲流區(qū)、滲流屏蔽區(qū)以及原巖滲流區(qū)。完全滲流區(qū)主要為淺部圍巖破碎區(qū)域，該范圍內(nèi)圍巖破碎程度高，裂隙發(fā)育較多，滲透性更好，為漿液的主要流動(dòng)通道；定向滲流區(qū)為完全滲流區(qū)深部一定范圍內(nèi)的塑性破壞區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)裂隙主要為巖體內(nèi)自身裂隙構(gòu)成，只有局部有破壞裂隙產(chǎn)生，是漿液泄漏的主要通道；滲流屏蔽區(qū)處于定向滲流區(qū)深部，主要在圍巖的彈性分布區(qū)域內(nèi)，此范圍內(nèi)圍巖完整性好，基本無(wú)破壞裂隙的產(chǎn)生，起到阻擋漿液擴(kuò)散的作用；原始滲流區(qū)在滲流屏蔽區(qū)深部，漿液在此區(qū)域內(nèi)基本無(wú)法擴(kuò)散[6]。

巷道圍巖內(nèi)的裂隙主要分為兩類(lèi)，第一類(lèi)為巖體內(nèi)自身存在的裂隙，這部分裂隙主要是巖層自身構(gòu)造運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生；第二類(lèi)裂隙為巖體開(kāi)挖后產(chǎn)生的破壞裂隙。巷道圍巖內(nèi)裂隙區(qū)在淺部多為破壞裂隙，深部多為巖體自身裂隙。

為確定巷道圍巖破碎情況，采用鉆孔窺視儀在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)巷道頂板以及兩幫進(jìn)行了窺視。根據(jù)窺視結(jié)果，巷道在采動(dòng)影響下，內(nèi)部節(jié)理、裂隙發(fā)育較多，多處位置裂隙已經(jīng)出現(xiàn)貫通現(xiàn)象，在巷道周?chē)鷰r體內(nèi)4~5.5m 范圍為裂隙主要發(fā)育區(qū)域。

3 巷道注漿技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)

當(dāng)巷道圍巖內(nèi)裂隙發(fā)育區(qū)域確定后，需確定注漿方案。注漿方案主要分為三方面，包括注漿液水灰比、注漿孔深度以及注漿孔間距。

3.1 漿液水灰比

當(dāng)注漿液采用不同的水灰比時(shí)，漿液凝固后圍巖強(qiáng)度與凝固時(shí)間有著很大的區(qū)別。一般來(lái)說(shuō)，水灰比越大，漿液流動(dòng)性越好，滲透性能更好。但由于水分含量較大，需要凝固的時(shí)間更長(zhǎng)，若圍巖破碎程度較大，注漿的過(guò)程中容易出現(xiàn)漏液的現(xiàn)象，影響注漿的效果，并且當(dāng)漿液凝固后，對(duì)圍巖強(qiáng)度的提升較小。水灰比較小時(shí)，漿液含水量較小，凝固時(shí)間較短，并且凝固后對(duì)圍巖的加固性能更好，不容易出現(xiàn)漏液的現(xiàn)象，能夠有效地提升注漿后圍巖的完整性。但由于其黏稠度較大，流動(dòng)性較低，注漿輸送過(guò)程較為艱難。因此合理的水灰比對(duì)注漿效果有著決定性的作用。

該采區(qū)石門(mén)圍巖主要為砂質(zhì)泥巖與泥巖，圍巖強(qiáng)度低。礦井曾進(jìn)行過(guò)注漿，注漿方案為2:1，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)注漿效果，注漿液流動(dòng)性較好，但圍巖注漿后強(qiáng)度仍比較低，并且在注漿過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)漏液情況，注漿效果較差?；诖饲闆r，將注漿液水灰比進(jìn)行調(diào)整，變?yōu)?.5:1，可提高注漿液濃度，防止漏液情況，并提高注漿后圍巖強(qiáng)度。

3.2 注漿孔深度計(jì)算

巷道圍巖裂隙發(fā)育區(qū)域?qū)ψ{孔深度起到?jīng)Q定性作用。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)巷道圍巖窺視結(jié)果，裂隙發(fā)育區(qū)主要集中在圍巖內(nèi)4 ～5.5m 范圍內(nèi)。注漿孔深度計(jì)算公式為：

式中：

r-注漿孔深度，m；

γ-巷道圍巖容重，kN/m3；

H-巷道埋深，m；

Rc-巷道圍巖的單軸抗壓強(qiáng)度，MPa；

α-巷道半徑，m。

由于巷道屬于巖巷，巖性主要為砂質(zhì)泥巖與泥巖，其單軸抗壓強(qiáng)度取為17.8MPa，圍巖容重取為23.5kN/m3，巷道埋深平均為300m，巷道半徑取為3.2m，得注漿孔深度為5.2m。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)窺視結(jié)果，圍巖裂隙區(qū)主要在4~5.5m 范圍內(nèi)，因此確定注漿孔深度為5.5m。

3.3 注漿孔間距

注漿孔間距主要根據(jù)漿液的擴(kuò)散能力決定，確保漿液能夠在鉆孔周?chē)纬梢欢ǚ秶膹?qiáng)化網(wǎng)絡(luò)。若鉆孔間距過(guò)大，容易造成巷道圍巖部分區(qū)域漿液無(wú)法滲入，圍巖強(qiáng)化效果較差。若鉆孔間距過(guò)小，鉆孔注漿過(guò)程中易出現(xiàn)竄孔現(xiàn)象，造成材料的浪費(fèi)。一般注漿時(shí)鉆孔間距取2~3m，但過(guò)去采用該方案注漿效果較差，因此鉆孔間距應(yīng)適度減小，對(duì)其乘以0.8 的系數(shù)，鉆孔間距為1.6~2.4m?；诂F(xiàn)場(chǎng)圍巖情況，確定鉆孔間距為1.8m。

3.4 注漿方案實(shí)施

在上述注漿方案各參數(shù)確定后，在現(xiàn)場(chǎng)采區(qū)石門(mén)進(jìn)行了實(shí)施。注漿材料采用水泥與水玻璃混合注漿材料，水灰質(zhì)量比為1.5:1，材料中添加劑按水泥重量的8%進(jìn)行添加。對(duì)巷道頂板與兩幫均進(jìn)行打孔注漿，注漿孔深度為5.5m，注漿孔間、排距設(shè)計(jì)為1.8m，頂板布置三個(gè)注漿孔，靠近兩幫的鉆孔與豎直夾角為15°，與兩幫距離為0.7m。兩幫各布置兩個(gè)注漿孔，注漿孔均與幫壁垂直，其與頂?shù)装宓木嚯x均為1.1m。在巷道注漿過(guò)程中應(yīng)保證注漿壓力在1~2MPa 范圍內(nèi)。

3.5 注漿效果分析

注漿過(guò)程中，未發(fā)現(xiàn)圍巖表面有漏液現(xiàn)象，注漿過(guò)程較為順利，無(wú)堵管等現(xiàn)象出現(xiàn)。為確定注漿后圍巖效果，對(duì)注漿前、后的巷道圍巖變形量進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)方法采用十字測(cè)量法。取巷道頂?shù)装逯悬c(diǎn)以及兩幫中點(diǎn)對(duì)巷道高度以及寬度進(jìn)行測(cè)量，每天對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，將結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖1、2 所示。

圖1 注漿前巷道圍巖變形量

圖2 注漿后巷道圍巖變形量

從圖中可以看出，在采取注漿加固前，巷道圍巖變形量隨著時(shí)間的推移逐漸增大，巷道變形前期，變形速度較快，當(dāng)時(shí)間達(dá)到18d 后，圍巖變形速度減慢，變形量逐漸穩(wěn)定，巷道頂?shù)装逡平孔畲鬄?7mm，兩幫移近量最大為78mm，圍巖變形量較大。當(dāng)采取注漿加固后，巷道圍巖變形量出現(xiàn)顯著性降低，頂?shù)装逡平孔畲鬄?4mm，兩幫移近量最大為20mm。相比注漿前，頂?shù)装逡平繙p小了62%，兩幫移近量減小了74%。該監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，采取注漿加固措施后能夠有效地提升圍巖強(qiáng)度，減小圍巖變形，提升巷道穩(wěn)定性。

4 結(jié)論

本文以山西長(zhǎng)平煤礦采區(qū)石門(mén)巷道地質(zhì)條件為基礎(chǔ)，對(duì)軟巖巷道裂隙破壞原理以及注漿機(jī)理進(jìn)行了分析，確定了巷道注漿加固方案，并在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了工程實(shí)踐。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)注漿后圍巖變形量監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，巷道在注漿后頂?shù)装逡平繙p小了62%，兩幫移近量減小了74%，表明圍巖強(qiáng)度有了較大的提升，有效減小了巷道圍巖變形，并且注漿過(guò)程中無(wú)漏液、堵管等現(xiàn)象出現(xiàn)，表明該注漿加固方案比較合理，具有一定的適用性。