牛晉林

（山西焦煤霍州煤電集團(tuán)同安煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 呂梁 033500）

引言

巷道在掘進(jìn)過程中受施工工藝、煤層賦存、地質(zhì)條件等影響，巷道頂板出現(xiàn)破碎現(xiàn)象，巷道頂板一旦破碎后不僅破壞了頂板整體承載梁結(jié)構(gòu)，降低了頂板整體穩(wěn)定性，而且頂板破碎后產(chǎn)生高密度裂隙，隨著應(yīng)力加大，裂隙不斷擴(kuò)張延伸[1]，在高密度裂隙頂板中采用單一的錨桿（索）支護(hù)時，鉆孔施工難度大、塌孔現(xiàn)象嚴(yán)重，而且錨桿（索）錨固失效現(xiàn)象嚴(yán)重，降低了錨桿（索）支護(hù)拱和支護(hù)梁作用，所以裂隙破碎頂板進(jìn)行二次重組，對提高巷道支護(hù)質(zhì)量具有重要意義。本文以同安煤礦回風(fēng)巷為例，同安煤礦為了提高巷道頂板永久支護(hù)質(zhì)量，及實現(xiàn)破碎巖體二次重組作用，決定對巷道破碎頂板采取注漿加固技術(shù)。

1 同安煤礦總回風(fēng)巷概況

同安煤礦總回風(fēng)巷北接回風(fēng)立井馬頭門總回巷開口，該巷南部42.72 m為4號層回風(fēng)大巷（未掘），西部、東部為實體區(qū)。

總回風(fēng)大巷與回風(fēng)立井馬頭門連接，以方位角180°開口位置沿4號煤層頂板下山施工至回風(fēng)大巷，沿煤層頂板施工，平均坡度-5°。巷道設(shè)計掘進(jìn)水平距離42.72 m，矩形斷面，采用錨網(wǎng)索噴+W型鋼帶支護(hù)，掘進(jìn)寬度5 200 mm，掘進(jìn)高度為4 600 mm。

總回風(fēng)巷采用采用錨網(wǎng)索噴+W型鋼帶+噴漿聯(lián)合支護(hù)；頂板采用MSGLW-400/22×2 400 mm左旋無縱肋螺紋鋼錨桿，間距900 mm，排距900 mm，錨固劑為兩支藥卷，一支為MSK2335，一支為MSZ2360，錨固力不低于152 kN，預(yù)緊力不低于330 N·m。

總回風(fēng)采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)工藝，截至目前巷道已掘進(jìn)540 m，巷道掘進(jìn)至535 m處揭露一條F3正斷層，斷層落差為1.8 m，傾角為52°，受斷層影響，在斷層附近巖體出現(xiàn)裂隙、破碎現(xiàn)象，局部區(qū)域出現(xiàn)垮落，導(dǎo)致原巷道頂板支護(hù)效果差，無法滿足巷道頂板支護(hù)要求。

2 注漿加固技術(shù)

2.1 注漿加固技術(shù)原理

通過對破碎圍巖施工注漿鉆孔，并高壓注入化學(xué)注漿材料如馬麗散、聚氨酯等，注漿材料在高壓作用下滲入細(xì)小裂隙內(nèi)凝固后，對破碎煤巖體進(jìn)行粘接填充，既阻止了圍巖裂隙范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，又提高了圍巖整體穩(wěn)定性，從而保證了錨桿（索）支護(hù)質(zhì)量[2]。

2.2 注漿材料選取

1）通過技術(shù)研究可選取的抓緊材料主要由水泥與水玻璃混合液、馬麗散與催化劑混合液以及聚氨酯材料等；通過對比分析發(fā)現(xiàn)，水泥與水玻璃混合液成本費(fèi)用相對較低，取材方便，但是該注漿材料滲透效果差，最大滲透半徑為1.2 m，注漿材料凝固時間達(dá)5~8 h，且凝固體成脆性，粘接效果差[3]；聚氨酯化學(xué)材料粘接效果好，滲透能力強(qiáng)，但是該化學(xué)材料成本費(fèi)用高，注漿后在凝固期間產(chǎn)生放熱反應(yīng)，不利于煤層自燃性高或通過不暢的采掘工作面。

2）通過對比分析總回風(fēng)破碎頂板注漿液決定采用馬麗散注漿材料，該材料成本費(fèi)用相對較低，滲透能力強(qiáng)，粘接效果好，而且注漿材料凝固后形成凝固體具有較強(qiáng)的韌性，適應(yīng)圍巖蠕動變形現(xiàn)象[4]。

2.3 注漿鉆孔布置

1）總回風(fēng)掘進(jìn)至540 m處時對頂板開始施工注漿鉆孔，鉆孔施工在煤壁上，每排布置三個注漿鉆孔，鉆孔距頂板距離為1.2 m，鉆孔深度為5.0 m，鉆孔仰角為45°鉆孔終孔位置位于頂板2.0 m以上。

2）三個注漿鉆孔間距為1.5 m，其中中部鉆孔（1號鉆孔）水平角為0°，兩幫鉆孔（2號、3號鉆孔）鉆孔水平角為30°；鉆孔施工完后需對鉆孔孔口處進(jìn)行封孔處理[5]。

2.4 鉆孔封孔施工

1）為了提高注漿效果，學(xué)對仰斜注漿鉆孔進(jìn)行封孔處理，首先對鉆孔進(jìn)行擴(kuò)孔施工[6]，擴(kuò)孔深度為1.0 m，擴(kuò)孔后鉆孔直徑為108 mm。

2）鉆孔擴(kuò)孔完成后對擴(kuò)孔段安裝一根長度1.0 m，直徑為100 mm的套管，套管與孔壁之間采用膨脹水泥進(jìn)行封堵[7]，在套管外端安裝法蘭盤和截止閥，如圖1所示。

圖1 注漿鉆孔封孔及孔口管安裝平面示意圖

3）在套管里端頭采用卡纜固定注漿花管，注漿花管長度為2.0 m，花管直徑為45 mm，花管四周布置若干個直徑為15 mm的注漿射孔。

2.5 注漿施工

注漿鉆孔封孔完成后將注漿管與孔口截止閥進(jìn)行連接，注漿管另一端與專用注漿泵進(jìn)行連接[8]，如圖2所示；注漿時注漿壓力控制在1.2~2.0 MPa，單孔注漿量為40 kg，注漿時間不得低于15 min。

圖2 注漿施工平面示意圖

3 實際應(yīng)用效果分析

2020年3月21日開始對總回風(fēng)巷頂板施工注漿鉆孔，并進(jìn)行注漿施工，截止28日，巷道已完全過斷層應(yīng)力區(qū)，共計施工5排注漿鉆孔，注漿量為600 kg馬麗散注漿液，注漿施工完成后巷道在后期掘進(jìn)過程中，巷道頂板未出現(xiàn)破碎、離層現(xiàn)象，頂板整體穩(wěn)定性相對較好；注漿完成后對頂板施工錨桿（索）支護(hù)時，支護(hù)錨固效果好，錨桿（索）失效率降低至2%以下，有效控制了應(yīng)力區(qū)頂板失穩(wěn)現(xiàn)象。

4 結(jié)語

山西焦煤霍州煤電集團(tuán)同安煤業(yè)有限責(zé)任公司通過技術(shù)研究，對總回風(fēng)巷過F3斷層應(yīng)力區(qū)期間，頂板出現(xiàn)破碎、下沉現(xiàn)象，提出了注漿支護(hù)技術(shù)，通過實際應(yīng)用效果來看，注漿施工工序相對簡單、注漿施工速度快，注漿后可對破碎圍巖進(jìn)行二次重組，提高了破碎圍巖整體穩(wěn)定性，降低了頂板在應(yīng)力作用下出現(xiàn)下沉、離層現(xiàn)象，保證了巷道安全快速掘進(jìn)。