小回沟煤业构造带大变形巷道围岩加固技术.pdf

42023 年第 8 期小回沟煤业构造带大变形巷道围岩加固技术武星文（山西小回沟煤业有限公司，山西 太原 030400）摘 要 针对小回沟煤业 2204 运输巷掘进过构造带围岩变形破坏严重的问题，分析了巷道围岩的破坏原因，提出了“底板注浆锚索+巷帮分次注浆+巷帮预应力锚索”的联合支护方案。现场应用结果表明：巷道掘进通过背斜轴部后，围岩变形在 30 d 后趋于稳定，其顶底板最大移进量为 140 mm，两帮最大移进量为 160 mm，整体变形量较小，加固方案能够及时有效地控制围岩变形，满足矿井安全高效生产需求。关键词 巷道；构造带；注浆；加固中图分类号 TD353 文献标识码 B doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2023.08.002Reinforcement Technology for Surrounding Rock of the Structural Zone Large Deformation Roadway in Xiaohuigou Coal IndustryWu Xingwen(Shanxi Xiaohuigou Coal Industry Co.,Ltd.,Shanxi Taiyuan 030400)Abstract:In view of the serious deformation and damage of surrounding rock during the 2204 transportation roadway excavation passes through the structural zone in Xiaohuigou Coal Industry,the reasons for the damage of the roadway surrounding rock are analyzed,and a joint support scheme of bottom plate grouting anchor cable+roadway side grouting in stages+roadway side prestressed anchor cable is proposed.The on-site application results show that after the roadway excavation passes through the anticline axis,the deformation of the surrounding rock tends to stabilize after 30 days.The maximum movement amount of the top and bottom plates is 140 mm,and the maximum movement amount of the two sides is 160 mm.The overall deformation is relatively small.The reinforcement scheme can timely and effectively control the deformation of the surrounding rock,meeting the needs of safe and efficient production in the mine.Key words:roadway;structural zone;grouting;reinforcement收稿日期 2023-09-05作者简介 武星文（1987），男，山西阳泉人，2011 年毕业于山西大同大学采矿工程专业，本科，工程师，现任职山西小回沟煤业有限公司综掘二队技术副队长，研究方向：巷道掘进支护。武星文：小回沟煤业构造带大变形巷道围岩加固技术1 概况小回沟煤业目前主采的 2#煤层平均厚度 2.7 m（2.582.75 m）、倾角 0 8，上覆 03#煤平均厚度 0.6 m，为不可采煤层，2#煤与上覆 03#煤平均间距 5.3 m。煤层顶底板情况见表 1。目前正在掘进 2204 回采工作面运输巷，在设备安装、运输、通风、行人等方面满足服务回采期间的需要。2204 运输巷位于二采区北翼中部，西邻2301 回风巷（已施工完成），平行相距 135 m，东侧为 2301 运输巷（已施工完成），平行相距 40 m，南侧为四条大巷保护煤柱，北侧为 G339 国道保护煤柱。巷道断面设计为矩形，掘宽 5.0 m，掘高 3.4 m，设计掘进长度为 1222 m。2204 运输巷向北施工过程中存在多处背斜及向斜构造，褶皱构造在轴部时对巷道掘进影响较大。表 1 煤层顶底板结构顶底板岩性厚度/m岩性特征基本顶细粒砂岩3.0砂状结构，斜层理发育，成分以石英、长石为主，岩屑次之，裂隙较发育直接顶砂质泥岩2.3泥质结构，块状构造，贝壳状断口，斜交裂隙发育，局部相变为砂质泥岩直接底砂质泥岩2.0砂泥质结构，块状构造，贝壳状断口，参差状断口，上部砂质含量较高，含少量炭屑2204 运输巷设计每排布置 13 根 22 mm2400 mm 左旋无纵筋螺纹钢锚杆，顶板锚杆间排距 800 mm900 mm，帮部锚杆间排距 1200 mm900 mm；52023 年第 8 期武星文：小回沟煤业构造带大变形巷道围岩加固技术顶板布置 3 根 21.8 mm8300 mm 的锚索，锚索间排距为 2000 mm1800 mm。顶部锚杆垂直于巷道顶板布置（顶部两侧锚杆与顶板夹角为 80），帮部锚杆垂直于帮部煤体（肩窝、底角锚杆分别与水平方向夹角为 10）。在该支护方式下，巷道掘进过构造带时围岩变形量较大，主要表现为底鼓和两帮变形，其中底鼓量达到了 1500 mm，两帮变形量达到了 1000 mm 左右。2 巷道围岩破坏原因分析1）构造带影响。2204工作面回风巷沿煤层掘进，煤层整体呈南高北低，自开口向南构造形态依次为宽缓的背斜-向斜-背斜。其中，背斜轴部在挤压作用下，应力集中程度较高，巷道开挖后，高应力释放，巷道底板受垂直向上的应力作用，底板围岩裂隙发育并贯通，岩体体积膨胀，进而造成底鼓量大。另外，构造带附近的水平应力较大，导致巷道两帮出现张拉破坏，造成巷帮移进量较大。2）围岩破碎。2204 运输巷沿 2#煤层底板布置，巷道两帮均为实体煤，由于煤体强度较低、裂隙发育程度高，导致巷帮承载力较差，加剧了巷道的变形。另外，巷道底板为砂质泥岩，强度较低。对巷道底板的变形情况进行了钻孔窥视，得出底板下方3 m 内的岩层破坏严重，离层情况明显。3）原支护方案不合理。原支护方案未对巷道底板进行有效的加固，导致底板围岩无约束破坏，并影响加剧了巷道两帮的变形破坏。3 巷道加固技术1-53.1 底板加固方案巷道底板采用注浆锚索的形式进行加固。注浆锚索具有强度高、预应力高、延伸率大等特点，可有效控制底板岩层的变形离层。另外，注浆锚索二次注浆时为带压注浆，浆液能够充填密实底板围岩中的裂隙，提高岩层的完整性及承压能力，进而提升加固支护的效果。3.1.1 底板加固参数注浆材料为硅酸盐水泥及添加剂的混合料，浆液水灰比为 0.8:1。底板注浆锚索钻孔直径为 56 mm，钻孔深度 5000 mm，钻孔间距为 1500 mm，钻孔排距为 2000 mm，每排布置 3 个钻孔，最外侧钻孔距巷帮 370 mm。底板加固方案如图 1。底板注浆锚索直径为 21.6 mm，长 5300 mm，外露端长度为 300 mm，锚索拉断载荷大于 520 kN，延伸率高于 6%。锚索配合高强度拱形托盘，保证预紧力不低于 200 kN。支护完成后，在底板铺设300 mm 的硬化层，强度为 C30，如图 2。图 1 底板加固方案示意图（mm）图 2 底板注浆锚索（mm）3.1.2 底板加固施工工艺底板注浆锚索分两次注浆，初次为锚索端头2000 mm 注浆，进行锚索的锚固，二次为全段注浆。具体施工工艺如下：打孔清渣置入锚索插入注浆管无压力注浆 10 L 水玻璃+水泥浆封孔 7 d 后进行二次注浆，注浆压力为 23 MPa。底板注浆锚索施工如图 3。图 3 底板注浆锚索施工图3.2 巷帮加固方案3.2.1 巷帮加固参数巷帮同样采用注浆的方式进行加固，巷帮注浆材料与底板注浆材料相同，注浆方式分为两次，初次为浅部无压力注浆，二次注浆为深部高压注浆。钻孔布置参数如下：浅孔深度为 2500 mm，深孔深度为 8000 mm，两种类型钻孔沿巷道走向在巷帮呈交错布置，钻孔排距均为 2000 mm；浅孔间距为1500 mm，钻孔直径为 36 mm，一排布置 3 个，上下两个钻孔距顶底板 410 mm，中间钻孔垂直于巷帮施工，上下两个钻孔分别向顶底板倾斜15施工；62023 年第 8 期#深孔间距为 2000 mm，钻孔直径为 56 mm，一排布置 2 个，上下两个钻孔距顶底板 910 mm，并分别向顶底板倾斜 15和 5施工，如图 4。图 4 巷帮注浆钻孔布置图（mm）巷帮注浆施工完成 7 d 后，采用注浆锚索进行进一步加固，锚索长度为 6300 mm，外露长度为300 mm，排距为 2000 mm，间距为 900 mm，一排布置 4 个锚索。锚索先采用 2 节树脂药卷进行端锚，随后采用注浆材料进行全长锚固，并配备高强度拱形托盘，保证其预应力不低于 250kN，如图 5。图 5 巷帮锚索布置图（mm）待注浆及锚索加固施工结束后，在巷道两帮及顶板喷射一层厚度为 120 mm 的混凝土，强度为C20，加强对围岩表面变形的控制。3.2.2 巷帮加固施工工艺巷帮钻孔注浆工艺流程为：布置钻孔调节钻机钻进方位钻孔排渣插入注浆管及孔口管（外露长度在 150200 mm）水泥浆封孔 24 h后在孔口安装截止阀连接注浆系统进行注浆达到终压后稳压 10 min 关闭注浆系统拆除管路，开始下一钻孔作业。注浆时先完成浅部注浆，再进行深部注浆，施工工艺相同。巷帮注浆锚索工艺流程：采用 30 mm 钻头打孔钻进至 6000 mm 退钻并排渣置入树脂锚固剂置入锚索连接搅拌器并旋转锚索进行端锚在孔内安设注浆管及止浆塞注浆至终压安装托盘等护表构件张拉锚索，如图 6。图 6 巷帮注浆锚索现场施工图4 工程实践效果分析为分析巷道注浆、锚索加固技术对围岩的控制效果，在 2204 运输巷过构造带处布置测点，采用十字布点法对围岩变形情况进行监测，如图 7。图 7 围岩变形监测结果由图 7 可知，巷道掘进过背斜构造轴部后，围岩初期变形速度较快，30 d 后逐渐趋于稳定，其中顶底板最大移进量为 140 mm，两帮最大移进量为160 mm，整体变形量较小，表明“底板施工注浆锚索+巷帮分次注浆+巷帮预应力锚索”联合支护方案的控制效果较好，能够保证构造处巷道的稳定性。5 结论1）根据 2204 运输巷的实际赋存条件及破坏特征，分析了引起巷道破坏的原因主要为：构造处应力环境复杂、围岩较破碎及原支护方案不能有效控制底板变形。2）根据巷道破坏原因，提出了“底板施工注浆锚索+巷帮分次注浆+巷帮预应力锚索”的联合支护方案，并确定出锚索支护及注浆加固的具体参数。3）现场实践表明：在联合支护方案下，巷道掘进通过背斜构造轴部后，构造处围岩变形在 30 d后趋于稳定，顶底板最大移进量 140 mm，两帮最大移进量160 mm，整体变形量较小，控制效果显著。【参考文献】1 贺广良，王渭明，张为社，等.弱胶结软岩巷道断面形式及支护优化研究 J.煤炭工程，2017，49（01）：38-41.2 何富连，丁永禄，时宝，等.复杂条件下特大断面巷道深孔强化注浆技术研究 J.煤炭工程，2014，46（11）：78-81.3 张文，陶宇.化学注浆复合支护技术在软岩巷道中的应用 J.矿业研究与开发，2016，36（10）：99-102.4 刘成，宋选民，刘叶，等.大断面回采巷道层状底板底臌机理及其防治对策 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