米文川MI Wen-chuan

（中煤第一建設(shè)有限公司第四十九工程處，邯鄲 056003）

0 引言

隨著井巷技術(shù)的成熟發(fā)展，錨桿支護技術(shù)在日趨成熟，在各礦井施工中得到了普遍推廣和應(yīng)用，取得了一定的成效。但由于該技術(shù)的局限性，如施工巷道遇到巖石破碎、淋水增大、地質(zhì)構(gòu)造、裂隙發(fā)育等特殊地質(zhì)條件時，光使用錨桿支護達不到相應(yīng)的支護效果，通過改變支護形式，采取復(fù)合加固措施對松散破碎圍巖產(chǎn)生良好的整體支護效果。

1 項目概述

趙樓煤礦設(shè)計生產(chǎn)能力為3.0Mt/a，采用豎井單水平開拓方式。巷道的特點是分布深，巖層不穩(wěn)定，節(jié)理發(fā)育，局部有淋水，對后期安全生產(chǎn)有很大的安全隱患，影響趙樓礦井建設(shè)中的一個復(fù)雜問題就是深部極復(fù)雜松軟底層巷道與大斷面硐室圍巖的穩(wěn)定性控制。隨著礦井工程的不斷延伸，巷道支護難度將逐漸加大，影響了施工效率，制約了礦井建設(shè)工程的可持續(xù)發(fā)展。

在第一采區(qū)帶式輸送機下山巷道正常施工至-902m標高時，1304給煤機硐室中心前15-36m范圍內(nèi)，巷道兩墻和拱部出現(xiàn)縱向裂縫，并伴有涌水，涌水量約6～8m3/h；通過對安設(shè)的巷道變形觀測點觀測，其中靠北側(cè)的膠帶大巷頂板出現(xiàn)下沉現(xiàn)象，下沉量為300～500mm，硐室靠近邊緣處最大裂縫有150mm寬。

2 地質(zhì)巖性分析

在1304給煤機硐室中心前15-36m段揭露3號煤層，平均厚度3.2m。根據(jù)地質(zhì)預(yù)測，3#煤層頂板巖性主要為砂巖，在實際施工中煤層的頂板主要為泥巖，厚度約為3.5m，并伴有淋水。中下部含約1.3m煤夾矸，實際揭露與預(yù)測預(yù)報的巖性相差較大。巷道圍巖地質(zhì)條件復(fù)雜，頂板泥巖松散破碎，遇水易膨脹，礦壓顯現(xiàn)非常明顯，給支護帶來很大困難。

附圖1：實際揭露地質(zhì)柱狀圖。

圖1 實際揭露地質(zhì)柱狀圖

3 初始支護參數(shù)及分析

第一采區(qū)1304給煤機硐室原支護方案設(shè)計支護形式為采用錨網(wǎng)噴+錨索。

①錨桿支護參數(shù)為：錨桿采用直徑22×2400mm螺紋鋼錨桿。預(yù)緊力大于120N·m，錨固力大于150kN，間排距為0.8×0.8m。金屬網(wǎng)規(guī)格：用Φ6.5mm圓鋼焊接而成，網(wǎng)孔0.1×0.1m，長×寬=2.1×1.1m。托盤規(guī)格：采用厚度14mm，Q235A鋼板制作的鐘形托盤，規(guī)格：0.15×0.15m。錨桿托盤必須將網(wǎng)片壓緊、壓平，螺帽擰緊，嚴禁松動。錨桿鉆孔方向與井巷輪廓線角度應(yīng)不小于75°或與層理面、節(jié)理面、裂隙面夾角不小于75°；錨桿間排距：允許偏差±50mm；錨桿外露長度：露絲長度為螺母以外10～50mm。

②錨索支護參數(shù)為：錨索采用直徑17.8×6200mm高強度鋼絞線及配套鎖具。錨索預(yù)緊力100kN，錨固力：大于180kN，錨索間排距為1.6×1.6m。托盤規(guī)格：采用厚度20mm，Q235A鋼板制作的鐘形托盤，規(guī)格0.3×0.3m。錨索設(shè)計預(yù)緊力不低于100kN。錨索間排距：允許偏差±100mm；錨索外露長度：露出長度為鎖具以外150～250mm。

③原支護效果分析：巷道施工時間不長就出現(xiàn)了巷道來壓頂板下沉底板底鼓，巷道局部地方出現(xiàn)裂隙，網(wǎng)兜現(xiàn)象比較嚴重，直接影響到巷道的支護質(zhì)量及施工效率，甚至威脅到了作業(yè)人員的生命安全，也無法為滿足日后的交付使用，必須采取相應(yīng)的措施加以解決。

4 確定加固方案

經(jīng)過現(xiàn)場分析，此處巷道頂部巖石已離層，巷道圍巖塑性區(qū)大，尤其是破碎區(qū)大部分圍巖處于破碎狀態(tài)，整體性和穩(wěn)定性較差，與錨桿的及時結(jié)合不能形成有效的支護[1]。既有支護體系難以維持現(xiàn)有巷道支護的安全性，必須對其進行加固，形成承載力高、抗變型能力強的復(fù)合支護結(jié)構(gòu)，以有效控制巷道圍巖，實現(xiàn)巷道支護結(jié)構(gòu)與深部圍巖的聯(lián)合作用，從而保證圍巖和支護結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，達到控制圍巖穩(wěn)定性的目的[2]。巷道上部泥巖層局部離層，必須采取有效的措施后方可施工。為保證后期1304工作面施工期間巷道的穩(wěn)定性和安全性，決定在頂板下沉部分先采用密集液壓支柱和木垛臨時支護頂板，防止頂板冒落；再對巷道頂部含水層進行集中治理，周圍的泥巖破碎層進行注漿加固，使之圍巖有效地成為一個整體。在密集液壓支柱和道木垛臨時支護及頂板破碎圍巖注漿完畢后，采用錨網(wǎng)索梁加固巷道。

5 方案實施

5.1 支撐式臨時支護

為防止在加固施工中巷道頂板發(fā)生大面積冒落，先在1304機頭硐室的刷大區(qū)域用道木搭設(shè)了三個“井”字形木垛。巷道按0.7m的間排距支設(shè)液壓單體支柱，單體支柱采用“穿鞋戴帽”的方式進行。

木垛下方與底板接實，每層采用兩根道木“井”字擺放，上下接觸點一致，上部用大木楔背緊接實，上下相鄰兩層道木用耙勾固定牢固。單體支柱采用“穿鞋戴帽”的方式進行，支撐有力，頂板接實，打好的單體支柱要上好保險繩，防止倒柱傷人。

5.2 埋管及集中放水孔

加工使用長度為1m直徑1.2寸注漿管，用麻繩包裹的魚鱗扣進行加固，埋入提前打好的注漿孔內(nèi)，然后在注漿管里鉆孔。當孔深達到砂層時，通過高壓球閥連接注漿管開始注漿，隔斷注漿孔周圍的縫隙達到加固效果，注漿時注漿壓力控制在3MPa，再進行封孔。拆除高壓球閥后，再施工注漿鉆孔，并穿入砂層集中泄壓放水。這種放水方式可以防止砂巖水通過排水孔進入泥巖層，消除大面積浸泡泥巖層。共設(shè)置四個集中放水孔，放水流量約10m3/h。

5.3 采用注漿方式對圍巖加固

注漿孔布置采用深、淺孔相穿插結(jié)合的方式。其中淺鉆孔深度為1.5m，深鉆孔深度為2.5m，孔與孔的間排距為1.6m。注漿孔呈三花形布置，深淺孔均安設(shè)長度為1m的注漿管。布置出兩排注漿孔，先注入第一排孔，另一排孔作為泄壓孔，及時觀察泄壓孔情況。若出現(xiàn)水泥漿流出，則關(guān)閉泄壓孔閥門，避免水泥漿液跑漿。

鉆孔采用錨桿鉆機和風(fēng)鉆，頂部安裝1寸注漿管鉆孔，幫部安裝1.2寸注漿管。

孔口管選用Φ1.2寸和Φ1寸無縫鋼管加工成2m和1m兩種規(guī)格。其中一側(cè)旋出與高壓球閥連接的螺紋，另一側(cè)車出0.4m長的魚鱗扣。孔口管埋設(shè)要牢固。必須按設(shè)計要求鉆進到位，下管到位，注漿到位，以確保孔口管的抗拔力。

注漿連接裝置由高壓膠管、球閥、法蘭等組成，用于連接孔口管和漿液輸送管。高壓球閥采用不小于25MPa壓力球閥。

攪拌器：混合C和S泥漿，并將其注入巖層中。

注漿泵：注漿機型號為2JGZ-60/210兩臺，一備一用。

附圖2：注漿工藝流程示意圖。

圖2 注漿工藝流程示意圖

巷道漿液材料首先采用水泥-水玻璃雙液漿，注漿以水泥單液漿為主，水泥、水玻璃雙液漿為輔。水泥選用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，雙液漿1:0.3～1:0.6。詳見水泥漿液配制表。水玻璃選用液體硅酸鈉型、濃度為30～45波美度、模數(shù)2.4～3.4的水玻璃。水泥漿與水玻璃的體積比，宜為1:0.3～1:0.6。

水泥漿液配制方法是先向水泥漿攪拌機內(nèi)加入定量的水，開動攪拌機后加入定量的水泥，攪動均勻后即可，詳見水泥漿配制表1。

表1 水泥漿配制表

注漿壓力控制在1兆帕，終孔注漿壓力為2～3兆帕。注漿結(jié)束標準：最終吸漿量和注漿壓力，并有一定的持續(xù)時間。正常情況下，每次注漿時，注漿壓力由小逐漸增大，注漿量由大逐漸減小。當注漿壓力達到設(shè)計最終壓力值時，注漿量：單液漿50～60L/min；雙液漿為100～200L/min，穩(wěn)定時間10～20min后即可完成注漿。

5.3.1 鉆孔和注漿施工鉆進過程中應(yīng)掌握鉆進深度，如果鉆孔過程中有水且水量大于5m3/h，應(yīng)停止鉆進進行注漿處理；如果水量不大，鉆孔施工至設(shè)計深度后再進行注漿。注灌漿壓力達到最終壓力后，繼續(xù)10～20分鐘，關(guān)閉球閥，再施工另一個孔。用雙液封孔，注漿順序從巷道底板開始，從下到上注漿。

5.3.2 注漿壓力的控制從上述各階段的變化來看，開始保壓時間較長，最后保壓時間較短。當達到最終壓力時，可以保持10-20分鐘。

5.3.3 補孔措施設(shè)計施工鉆孔注漿完成后，可根據(jù)現(xiàn)場實施情況，在巷道有淋水及巷道裂隙處進行補孔注漿，可更有效地對破碎圍巖進行充實固化，使之穩(wěn)定形成一個整體。

5.3.4 效果檢驗在注漿加固段每隔5m打設(shè)一組觀測孔，頂板打設(shè)一個，幫部各打設(shè)一個，通過采用窺視儀進行鉆孔內(nèi)窺視，檢查注漿加固效果，發(fā)現(xiàn)孔壁密實完整，沒有孔隙，說明達到了預(yù)期效果。通過對頂板泥巖層進行注漿加固和疏放水，使頂部圍巖形成有效整體，防止頂部巖石冒落。

5.4 補強支護方案

在第一采區(qū)帶式輸送機下山1304給煤機硐室破碎帶鉆孔注漿后，巷道變形得到控制。在拆除點柱和木垛之前，先對給煤機硐室破碎帶前后50m范圍內(nèi)進行加固補強支護，以確保巷道的穩(wěn)定性[3]，減少巷道來壓變形量。

根據(jù)現(xiàn)場實際情況分析，擬采用錨噴與錨索梁相結(jié)合的加固方案，在破碎帶附近50m范圍內(nèi)采用錨桿補強支護，錨桿間排距為1m×1m。超前施工3～5m后，再補打錨索梁加強巷道拱頂?shù)闹ёo，梁采用18#槽鋼加工而成。同時，將其底板底鼓區(qū)域進行臥底至巷道設(shè)計高度，在巷道底部不超過0.3m處打設(shè)底角注漿錨桿加強支護。最后對該區(qū)域進行噴漿封閉。

補強錨索采用直徑17.8×8300mm鋼絞線加工制成。小斷面拱頂布置3根，用一條18#槽鋼將三根錨索連成一個整體；三岔口斷面跨度較大時頂板布置4根，每2根用18#槽鋼做曲梁連接。排距為2m，間距為1.5～2m，視斷面大小而定。

附圖3：補強加固后支護示意圖。

圖3 補強加固后支護示意圖

5.5 地壓觀測

加固完成后，在加固區(qū)域安裝錨桿及錨索應(yīng)力感應(yīng)器，對巷道來壓支護監(jiān)測。在緩慢來壓一月后，支撐體的周期來壓從大變小。結(jié)合實際礦壓理論，巖層基本趨于穩(wěn)定[4]，表明支護加固穩(wěn)定了圍巖，保證了巷道圍巖和支護結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。

6 優(yōu)化支護方案后巷道施工

在第一采區(qū)1304硐室周邊區(qū)域加固處理完成后繼續(xù)施工。采用超前錨注法對頂板進行注漿封堵加固，然后采用小循環(huán)掘進施工。支護采用錨網(wǎng)+錨索槽鋼梁法，使頂板形成整體，有效控制了頂板泥巖層的沉降，確保了巷道整體的支護質(zhì)量，順利通過剩余三十米多的頂板泥巖層。該技術(shù)應(yīng)用的前提是必須弄清實際巷道圍巖的特征和變形失穩(wěn)機理，客觀分析初期支護結(jié)構(gòu)，加強支護監(jiān)測和預(yù)測，從而確定二次支護或加固方式及最佳時機，從而達到最佳圍巖控制效果[5]。

7 結(jié)論

在今后的施工中如遇到煤層頂板有較厚的泥巖偽頂，且受砂巖水影響時，就會造成頂板破碎松軟，容易造成頂板離層，給巷道施工和支護帶來很大困難。通過此種加固方案，有效提高了支護強度，穩(wěn)定了圍巖，經(jīng)過近一年的使用，該處巷道整體完整，沒有再出現(xiàn)頂板離層巷道開裂現(xiàn)象，達到了預(yù)期效果不僅縮短了施工工期，同時降低了成本確保了安全，為類似圍巖的支護提供了參考。