高應力地質構造復雜區沿空留巷圍變形狀監測與加固技術

摘 要：27602巷由于埋深較深同時受到地質構造作用造成巷道頂板巖層破碎，圍巖控制困難。采用現場實測法對巷道圍巖變形特征進行監測，發現頂板上覆6.0m內巖層均較為破碎，且采用現有的支護方式難以確保頂板巖層穩定。為此，提出采用注漿加固方式提升頂板巖層自身承載能力及穩定性?，F場應用后頂板巖層穩定性得以顯著提升，巷道頂板下沉量穩定在105mm，為后續沿空留巷工作開展創造了良好條件。

關鍵詞：高地應力;地質構造;破碎圍巖;頂板離層;注漿加固

沿空留巷巷道要服務于鄰近的兩個回采工作面，巷道圍巖受采動動壓影響顯著，從而容易引起巷道圍巖結構失穩、支護體系失效從而制約巷道正常使用[1-2]。沿空留巷巷道圍巖支護方式會直接影響巷道圍巖控制效果[3]。當巷道圍巖破碎、頂板離層明顯以及圍巖變形量過大時，通過注漿加固可有效提升圍巖承載能力以及穩定性，提升支護體系中錨桿、錨索錨固性能，是一種較為可靠的圍巖變形控制措施。文中就以27062沿空留巷巷道圍巖控制為工程研究對象，針對高應力、復雜地質構造地質條件下的沿空留巷巷道圍巖變形進行監測，并根據圍巖變形特征提出采用新型注漿加固材料對圍巖進行控制，確保了巷道使用安全。

1 工程概況

2706回采工作面開采的7號煤層埋深平均680m，厚度平均3.5m，采用綜采開采方式。7號煤層頂底板巖性以砂質泥巖、泥巖以及粉砂巖為主，采面開采范圍內地質構造發育，其中對生產影響較為明顯的構造為DF864斷層（H=2.6～5.7m，137°∠53°），受該斷層影響煤層頂板巖層破碎。27061巷、27062巷分別為2706工作面運輸巷、材料巷，為了緩解礦井采掘接替緊張局面，礦井采用沿空留巷開采技術，即將27062巷保留下來作為鄰近的2708采面進風巷使用。

2 巷道圍巖變形監測

2.1 巷道表層位移觀測

27062巷掘進過程中受DF864斷層影響較為明顯，在該斷層作用下巷道頂板破碎，為了掌握斷層影響附近圍巖變形，采用十字觀測法對斷層影響附近巷道圍巖變形進行監測。具體在每個10m布置一個測點，共計布置8個測點，共計進行42d觀測，具體觀測結果見圖2所示。

在斷層影響范圍內巷道頂板下沉量較大，在監測的42d時間內巷道頂板下沉量程逐漸增加趨勢且未有趨于穩定跡象，監測時間內巷道頂板最大下沉量達到560mm，已經給巷道正常使用帶來威脅。同時由于斷層影響范圍內巖層破碎，巷道圍巖支護材料出現不同程度銹蝕。因此，亟需采取巷道補強加固措施。

2.2 巷道頂板巖層結構觀測

根據地質資料發現DF864斷層落差在2.6～5.7m，為了準確掌握27062巷掘進過斷層范圍內頂板巖層結構，為后續的巷道圍巖控制提供參考，決定在巷道已掘進的水倉內布置窺視鉆孔，對頂板巖層進行窺視。具體布置6個孔徑35mm窺視鉆孔，鉆孔孔深為8000mm，垂直巷道頂板布置。

從鉆孔窺視結果看出，在距離窺視鉆孔鉆口1.5m、2.0m、3.5m、5.0m以及5.7m處巷道頂板巖層結構較為破碎，窺視鉆孔孔壁周邊巖層內發育有縱橫交錯的裂隙，頂板巖層破碎且破碎分布范圍較大。巷道支護采用的錨桿、錨索錨固性能在破碎巖層影響下錨固性較差，雖然后續進行挑頂處理，但仍不能有效控制巷道頂板下沉。

2.3 頂板巖層離層監測

在27062巷內采用頂板離層儀對頂板離層情況進行監測，具體布置5個監測點，每個測點間距20m，頂板離層儀內基點布置深度分別為2.3m、6.0m。

從監測結果得出：在頂板離層監測期間頂板離層值呈逐漸增加趨勢，且在監測開始的4天后頂板離層量增加速度呈變大趨勢，其中3號離層儀獲取到的頂板離層量最大達到228mm。巷道掘進完成后，在地應力以及斷層構造影響，頂板離層量較大，雖然后續進行挑頂處理，可滿足巷道使用需要，但是未能從根本上解決頂板離層問題。因此，需要對頂板巖層進行注漿加固，從而提升圍巖承載能力及穩定性，并增加支護采用的錨索長度及支護強度，確保巷道圍巖穩定。

2.4 圍巖變形監測結果分析

根據上述圍巖表層位移、頂板巖層窺視以及頂板離層監測結果，并結合現場考察結果，發現巷道圍巖變形控制中存在以下問題：①通過監測結果發現，27062巷在斷層構造影響帶附近頂板存在較大的安全風險，頂板巖層變形量大且在監測期間頂板變形未有穩定趨勢;頂板巖層離層量大，頂板上覆裂隙水含水層沿著斷層破碎（下轉第97頁）（上接第95頁）帶以及頂板裂隙向巷道頂板涌水，造成頂板存在一定程度淋水問題;②由于頂板巖層破碎，導致巷道支護原有的錨桿、錨索支護體系穩定性有所降低，同時頂板淋水導水金屬錨桿、錨索銹蝕，進一步降低錨桿、錨索承載強度，致使頂板巖層變形量進一步增加;③頂板下沉使得巷道斷面縮小，不能滿足使用需要，雖然后續經過挑頂處理可恢復巷道斷面，但是不能從根本上解決頂板不斷下沉問題。巷道在后續采面采動影響下更會加劇變形。27062巷后會采用沿空留巷技術保留下作為2708采面回采航道使用，巷道受到采動動壓影響顯著，會加劇巷道圍巖控制難度。

3 圍巖注漿加固技術

27062巷圍巖控制困難主要原因是DF864斷層導致巷道頂板破碎、淋水，從而導致巷道圍巖采用的錨網索支護體系支護強度不足，導致頂板變形嚴重。根據圍巖變形監測結果，提出采用注漿加固技術對頂板破碎巖層進行控制，并封堵頂板淋水通道，從而提升巷道圍巖支護體系支撐能力以及圍巖自身穩定性，降低頂板巖層變形量。

在27062巷斷層影響帶采用注漿錨桿注漿加固錨桿，注漿鉆孔垂直巷道頂板布置，每排布置2根，間排距均為3m×3m，注漿加固范圍為80m。選用的注漿采材料為超細水泥漿并加入適量水玻璃，具體注漿鉆注漿參數見表1。注漿后采用帶式封孔器封孔，從而確保注漿漿液充分浸入破碎巖體裂隙中，粘結破碎巖體，達到提升圍巖抗剪強度及承載能力目的。

4 總結

文中采用現場實測法對高應力地質復雜區域巷道圍巖變形進行監測，根據圍巖變形特征掌握巷道變形破壞原因，從而為后續針對性制定圍巖加固措施提供參考。根據圍巖變形特征提出采用超細水泥漿對巷道頂板破碎巖層進行加固，降低了巷道圍巖變形，為沿空留巷工作開展創造了良好條件。

參考文獻：

[1]張敏.破碎圍巖巷道支護參數設計[J].機械管理開發，2020， 35（10）：21-22+39.

[2]宋志強.三元煤礦皮帶巷過圍巖破碎帶支護技術研究[J].山東煤炭科技，2020（09）：1-3.

[3]顧士坦，臺連海，陳長鵬，盧佳欣，雒軍莉.深部巷道圍巖穩定性影響因素顯著性分析[J].礦業研究與開發，2020， 40（09）：71-74.

作者簡介：

崔立德（1988- ），男，山西平遙人，2015年7月畢業于重慶大學，采礦工程專業，本科，工程師。