二次擾動巷道注漿支護研究

謝小偉

（國家能源神東石圪臺煤礦，陜西 榆林 719000）

0 引言

我國煤炭資源豐富，但分布較為復雜，隨著開采年限的不斷增加，煤炭資源開采的重點逐步向著覆存條件復雜的煤層轉移。巷道兩次采動影響是礦井開采面臨的重要難題[1-2]，兩次采動影響巷道是指在進行上區段工作面回采時，巷道受到上區段工作面的側向支撐壓力作用，煤巖內部會出現一定的裂縫，此時巷道圍巖變形量增大，當進行本區段回采時，巷道受到超前移動支撐壓力的作用，使得煤層在受到一次擾動的基礎上進一步發生破碎、松動等情況，此時如果不對巷道進行及時的支護及加固，巷道會產生嚴重的破壞，嚴重影響礦井的開采[3-4]。為了解決巷道受二次擾動巷道破碎嚴重的問題，本文以晉華宮礦為研究背景，對巷道圍巖加固技術進行研究，為礦井安全開采做出一定的借鑒。

1 背景介紹及模擬研究

1.1 背景介紹

某礦主采12-2#層煤層賦存穩定，結構簡單。整體呈單斜構造，屬侏羅紀中統大同組含煤地層，煤層走向近北西，傾向北東，煤層傾角1°～11°，平均傾角7°，煤層厚度0.4～7.4 m，平均煤厚4.17 m。3213運輸巷服務于兩個回采工作面，在上區段回采時負責瓦斯的抽采，本區段開采時承擔運輸任務，巷道的埋深550 m，斷面為矩形斷面，巷道寬和高位5 m×3.4 m，全長為1 921 m。煤層頂、底板情況表如表1 所示。

表1 煤層頂、底板情況表

巷道原頂板主要采用錨桿錨索+鋼帶+金屬網進行支護，錨桿采用Φ22 mm×2 400 mm 的左旋無縱筋螺紋鋼筋，間排距為1 100 mm×1 000 m，錨索選用Φ22 mm×7 300 mm 鋼絞線，間排距為1 500 mm×2 000 mm，采用端部預應力錨固。兩幫的支護形式為錨桿＋金屬網+鋼帶，錨桿規格與頂板錨桿相同，間排距為900 mm×1 000 mm，巷道原有支護方案如圖1所示。

圖1 巷道原有支護方案（單位：mm）

1.2 數值模擬研究

目前常見的巷道圍巖加固技術有錨桿錨索補強、架棚支護、注漿加固等，綜合3213 運輸巷的圍巖裂隙發育情況后選定注漿加固技術，注漿加固技術是通過對破碎煤巖進行加固，從而提升煤巖自身強度，形成具有較大承載力的支護結構。利用數值模擬對具體注漿加固方案進行分析，根據地質鉆孔探測給出3 種注漿加固方案，分別為：方案一，對巷道的頂板及兩幫均進行注漿加固，淺部圍巖的注漿孔深度為3 m；方案二對頂板及兩幫淺部圍巖進行預先注漿加固，后通過注漿錨索對巷道的深部圍巖進行加固，淺部圍巖注漿孔深度為3 m，注漿錨索6 m。方案三對頂板及兩幫淺部圍巖進行預先注漿加固，后通過注漿錨索對巷道的深部圍巖進行加固，淺部圍巖注漿孔深度為3 m，頂板及兩幫注漿錨索分別為7、6 m，同時對兩幫利用普通錨索進行補強。分別對三種方案下的巷道圍巖變形量進行分析，巷道頂板及兩幫移近量曲線如圖2 所示。

圖2 巷道頂底板及兩幫移近量曲線

圖3 注漿封孔示意圖

從圖2 中可以看出，在工作面開采擾動作用下，此時巷道頂板出現下沉及底鼓，兩幫變形等現象，隨著距工作面距離的增加，不同加固方案下的巷道頂底板位移量呈現逐漸降低的趨勢。根據曲線可知工作面位置出現頂底板的位移量最大值，在原支護條件下，頂底板的位移量672 mm，而采取不同補強方案后頂板底板的位移量均呈現降低趨勢，三種支護方案下的頂板底板位移量最大值分別463、422、389 mm，對比原支護方案分別下降了31.3%、37.2%、42.1%。兩幫的移近量隨隨著距工作面距離呈現先增高后降低的趨勢。在距工作面前方巷道0～5 m 范圍內，此時的兩幫移近量增長達到峰值，在原支護條件下此時的兩幫變形量峰值為588 mm，而三種不同加固方案下，移近量峰值分別為493、390、234 mm，對比原支護方案分別降低了16.2%、33.7%、60.2%。根據模擬可以看出，選定第三種注漿加固方案時，巷道圍巖變形均處于最小值，圍巖控制效果最佳。

2 工業化試驗

對注漿加固技術進行工業性研究，注漿材料選用P.O42.5 普通硅酸鹽水泥，并配有添加劑XPM，具體注漿工藝流程按照噴射混凝土、打鉆孔、封孔、注漿流程進行施工，注漿封孔示意圖如3 所示。

在注漿施工中，適當增加封孔段長度。淺部注漿封孔長度設定為1 000 mm，而深部注漿孔封孔長度適當加長，選定為1 500 mm。在注漿封孔段兩端的鋼管上裹緊棉紗，完成后在封孔段注入封孔漿液，注漿后需要靜置20 分鐘后便可進行注漿施工。

注漿方案如下：在工作面的前方120 m 外范圍實行淺部注漿，而在工作面前方80 m 處實行深部注漿，距工作面的開切眼0～250 m 位置為常規注漿加固段，往后100 m 進行分階段注漿加固段。為了驗證注漿加固圍巖控制效果，對圍巖變形進行監測，在距離開切眼150 m 的位置每20 m 布置測站，共有10 個測站，其中1—5 號測站監測常規注漿加固，而測站6—10負責分階段注漿加固段，測站布置示意圖如圖4 所示。

圖4 測站布置示意圖

經過監測得出各測站圍巖變形的最大值，繪制直方圖觀測不同測站巷道圍巖變形情況，直方圖如圖5所示。

圖5 測站布置示意圖

在巷道采用注漿加固技術后，側向支撐壓力及超前支撐壓力影響下的圍巖總變形量整體較小，頂板底板變形量最大值為294 mm，而兩幫的移近量最大值為417 mm，巷道變形量在回采階段能夠滿足使用要求，同時分階段注漿加固段的整體變形量小于常規注漿加固段，注漿加固效果更加明顯。

3 結論

1）隨著距工作面距離的增加，不同加固方案下的巷道頂底板位移量呈現逐漸降低的趨勢，而兩幫的移近量隨隨著距工作面距離呈現先增高后降低。

2）通過數值模擬對比三種注漿加固方案下巷道圍巖變形情況，確定了最佳注漿方案，為后期工業化試驗提供依據。

3）經過工業化試驗可以看出，經過注漿加固后巷道變形量能夠滿足使用要求，且分階段注漿加固段的整體變形量小于常規注漿加固段。