冒落突水巷道注浆加固技术研究.pdf

总第2 11期2023年第8 期技术应用摘要：为提高巷道掘进安全保障能力，针对112 0 1运输巷掘进期间受地质构造影响出现顶板冒落、小范围突水问题，提出对顶板裂隙水进行疏排，并通过注浆方式加固巷道泥岩围岩、封堵潜在的导水裂隙。现场应用后，巷道在掘进期间未出现淋水问题，同时顶板、巷帮变形量较小，围岩支护体系稳定，为巷道掘进创造了良好条件。关键词：巷道掘进；冒顶；突水；含水层；导水裂隙中图分类号：TD7440引言矿井掘进巷道围岩岩性会给巷道围岩控制、支护等带来显著影响 1。当掘进巷道顶板为泥岩时，由于岩层本身黏聚力较低,裂隙以及节理发育，,在水作用下极容易出现崩解,严重时会出现顶板冒落问题 2-3 。多数矿井巷道掘进过程中会受到围岩淋水影响导致巷道围岩承载力显著降低，给巷道正常运行带来较大威胁 4 。特别是回采巷道附近有含水量较为丰富的岩层，顶板冒落产生的裂隙与含水层连接会增巷道涌水量,严重时甚至会出现突水事故 5-8 。因此,为了确保巷道掘进安全，需要针对性采取注浆加固措施，提高巷道围岩强度,并封堵导水裂隙，为巷道掘进创造相对安全环境。1工程概况山西某矿112 0 1（全文简称112 0 1）运输巷沿着11号煤层底板掘进，巷道设计断面为矩形（巷道宽、高分别为4.4 m、2.8 m）,设计掘进长度为98 0 m。11号煤层赋存较为稳定，厚度平均2.8 m、埋深3 90 m，顶底板岩层以泥岩、砂质泥岩为主。11号煤层上覆2 0 m为主有砂岩裂隙含水层,厚度约为10.5m。虽然前期布置疏排水钻孔对裂隙水进行疏排，但是布局位置仍有一定积水。112 0 1运输巷采用EBZ-160综掘机掘机，配合使用刮板输送机、带式输送机外运煤研石。11201运输巷掘进至6 2 0 m位置时持续揭露断层，期间顶板出现较大淋水，监测到顶板岩层有较大离层,采用常规的锚网索支护方式难以有效控制围岩变形,期间顶板出现一定冒落问题,最大冒落量1.6 m、巷道淋水量为7.9 m/min。后通过回撤2 0 m位置施工钻场对顶板裂隙水进行抽排。为了确保后续巷道掘进安全，提出采用注浆方式对巷道进行加固，以期提高围岩整体强度并降封堵导水裂隙。2巷道顶板及突水原因分析对112 0 1运输巷顶板取样并进行分析发现，导致巷道掘进至6 2 0 m位置出现冒顶、顶板突水的主要原收稿日期：2 0 2 3-0 7-2 1作者简介：王科（198 7 一），男，本科，毕业于河南理工大学万方科技学院，工程师，技术主管，从事矿井巷道掘进、地质测量工作。山西冶金ShanxiMetallurgy冒落突水巷道注浆加固技术研究王科（晋能控股煤业集团永定庄煤业公司，山西大同0 3 7 0 0 0）文献标识码：A因：巷道处于褶曲影响带附近，受到褶曲影响下顶板砂岩裂隙水未能充分排出，在此位置有一定集聚；顶板上覆泥岩、砂质泥岩内裂隙发育，遇水容易崩解；巷道掘进导致围岩应力重新分布，此间会重新产生围岩裂隙；虽然采用锚网索对围岩进行支护，但是顶板裂隙水沿着锚杆(索)钻孔下渗，会进一步降低巷道表层泥岩强度。在水作用下巷道围岩原有的锚网索支护体系失稳，从而导致顶板出现冒顶事故，同时冒顶后围岩裂隙进一步扩展导致顶板淋水量显著增加,甚至出现一定程度突水问题。结合已有的地质勘察资料，发现在巷道掘进前方50m范围内顶板泥岩出现不同程度软化、渗水问题。为防止巷道在后续掘进过程中出现顶板冒落或突水问题，提出采用注浆方式对岩层进行加固,并封堵潜在的导水裂隙，,提高锚网索支护体系稳定性。3注浆加固3.1注浆加固材料以及注浆参数注浆加固材料选用水泥水玻璃双液浆，该注浆浆液具有渗透性好、胶结时间短、胶结性强等优点，水泥选用标号4 2.5R普通硅酸盐水泥，选用水玻璃波美度介于3 8 4 0 Be、模数介于2.8 3.1。选用的注浆浆液水灰（质量）比为1.0：0.4 1.0：0.6，初始注浆时注浆压力设定为0.8 1.0 MPa，浅孔、深孔注浆终压分别为2.0 2.5MPa、2.5 3.0 M Pa。注浆泵为双液注浆泵（型号ZBSB-52-8/10-15），搅拌筒型号为JB300L。3.2注浆钻孔设计根据112 0 1运输巷掘进断面以及巷道围岩岩性、软化程度，在巷道掘进断面上布置9个注浆孔（编号1号一9 号）,钻孔孔深均为10.0 m。为了确保注浆加固效果，钻孔布置成2 排，上排5个钻孔、下排4 个钻孔，钻孔布置呈三花眼状。1号一5号钻孔均有15仰角、6 号一9号钻孔均有10 仰角，同时1号、5号钻孔向巷帮侧外倾15，2 号、4 号钻孔向巷帮外倾10，3号钻孔外倾角0。具体注浆钻孔布置见图1所示。Total 211No.8,2023DOI:10.16525/14-1167/tf.2023.08.086文章编号：16 7 2-1152(2 0 2 3)0 8-0 2 18-0 22023年第8 期1002O671-1主视图10001.2.3.4.5注浆孔1.15L10081-2左视图10001注浆孔1501000L102注浆孔10003注浆孔104注浆孔0005注浆孔10001-3俯视图图1注浆钻孔布置示意图（单位：mm）注浆时单孔注人量为6 4 m，一个循环9个钻孔浆液注人量共计57 6 m，注浆完毕后巷道允许掘进7.0m后再进行下一循环注浆。注浆钻孔达到设计终压以及钻孔注入量达到设计值时，保压10 min后可结束钻孔注浆。3.3注浆加固效果分析注浆加固后顶板淋水（渗水)量以及围岩变形量是衡量注浆加固效果最为直观的指标。布置测点对注浆加固完成后围岩变形量进行监测，具体测定结果见图2 所示。从图2 看出，经过注浆后巷道顶板、巷帮最大下沉量分别稳定在3 9mm、3 3 m m，围岩变形量整体较小，支护体系保持稳定。同时巷道围岩进行注浆后基本不出现淋水问题，可有效避免围岩淋水弱化顶板泥岩。从现场应用结果看出,对巷道进行注浆加固后,顶板冒落以及突水问题可基本杜绝。但是在后续注浆同Research on Grouting Reinforcement Technology for Caving and Water Bursting Tunnel(Jinneng Holding Coal Industry Group Yongdingzhuang Coal Industry Co.,Ltd.,Datong Shanxi 037000,Abstract:In order to improve the safety guarantee ability of tunnel excavation,in response to the problems of roof caving and small-scalewater inrush caused by geological structure during the excavation of 11201 transportation tunnel,it is proposed to drain the roof fissure water,and reinforce the mudstone surrounding rock of the tunnel through grouting to seal potential water conducting cracks.After on-siteapplication,there was no water pouring problem during the excavation of the tunnel,and the deformation of the roof and roadway side wasrelatively small.The surrounding rock support system was stable,creating good conditions for tunnel excavation.Key words:tunnel excavation;roofingi water inrush;aquifer;hydraulic fissure王科：冒落突水巷道注浆加固技术研究44050O4034O86.7.8.9注浆孔219.+顶底板位移+两帮位移530920100图2 力加固后巷道围岩变形量时应布置疏排水钻孔对顶板砂岩裂隙水进行疏排，提8高巷道掘进以及后续采面回采安全保障能力。4结论1)11201运输巷顶板上覆有砂岩裂隙水含水层，虽然经过前期疏排含水层中裂隙水基本不会给巷道掘进带来显著影响，但是巷道掘进至6 2 0 m位置受到褶曲、断层等地质构造影响，裂隙含水层存在一定积65082水，积水沿着顶板裂隙向掘进空间涌出，导致支护体系失稳、顶板冒落,后出现一定程度突水问题。2)提出使用疏排水钻孔对顶板裂隙水进行疏排，并通过注浆方式对巷道泥岩围岩加固并封堵导水裂80隙。依据112 0 1运输巷现场条件对注浆加固参数进行设计。现场应用后巷道顶板、巷帮变形量分别控制在3 9mm、3 3 m m，顶板未出现淋水问题，取得较好应用成果。1王林目.煤矿巷道围岩注浆加固技术的现状与发展趋势 J矿业装备,2 0 2 1(2)：12-13.2赵相.掘进巷道破碎顶板支护技术应用 J.山东煤炭科技，2021,39(3):17-18.3于耀华.高掺量粉煤灰凝胶材料围岩注浆加固技术研究 J.山东煤炭科技，2 0 2 1,3 9(3)：4 1-4 3.4靳为华.深部软岩应力集中带高强耦合支护技术研究与应用 J能源与环保，2 0 2 1,4 3 3）：2 0 2-2 0 65王全明，邢超.赵庄二号井2 3 0 9工作面构造区注浆加固技术研究J.山西煤炭,2 0 2 1,4 1(1)：11-14,6党永.厚煤层综放工作面过断层带注浆加固技术研究 J.中国矿山工程,2 0 2 1,50(1)：3 9-4 1.7孙辉.复合顶板巷道快速掘进技术实践分析 J.中国矿山工程，2021,50(1):65-67.8刘京强，付浩.回采巷道掘进过断层技术研究 J.中国矿山工程，2020,49(6):57-59.(编辑：苗运平）Wang KeChina)510 1520253035观测时间/d参考文献