巷道过断层破碎带围岩加固技术

收稿日期：２０２０?０２?
１０作者简介：畅　征（１９９０－），男，山西大同人，助理工程师，从事生产技术管理工作。

ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５－２７９８．２０２０．０４．０２３
巷道过断层破碎带围岩加固技术
畅　征
（大同煤矿集团同家梁矿，山西大同　０３７１００）
摘　要：针对煤矿巷道过断层破碎带存在支护较困难的问题，通过采用架棚充填和自制注浆管注浆的方法，实现了对破碎围岩的加固，是一种有效的掘进巷道过破碎带手段。

关键词：注浆；过破碎带；掘进
中图分类号：ＴＤ３５３ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００５?２７９８（２０２０）０４?００５７?
０１１　工程背景
某矿新水平开拓项目主运输大巷设计长度为２００６ｍ，断面为３．８ｍ×３．５ｍ，该巷从２０１８年１０月正式开始掘进，先后遇见两条落差大于２０ｍ的断层。

２０１９年９月在掘进至１５２０ｍ处，围岩受断层带影响造成煤层粉碎，片帮严重，经过现场论证，采用１１号工字钢棚配锚索联合加强支护。

采取该方式掘至１５８４．３ｍ处揭露断层（该断层产状：７０°∠７
８°，落差近２８ｍ）并进入断层破碎带，断层带内充填受挤压浅灰色中砂岩和煤泥。

掘进至１６０６．９ｍ处断层破碎带仍未穿过，巷道冒落（冒落长度６ｍ，最高处有８ｍ）、片帮严重，而且在已施工巷道１５５９～１６０６．９ｍ段受来压造成１１号工字钢棚变形严重。

从现场施工情形看，现有支护方式已不能满足实际安全施工要求，该大巷作为主运输巷道，服务年限较长，为保证目前安全施工和今后的运行、维护，现急需采取措施，对该巷道过断层破碎带
支护进行探索、研究，确保巷道安全施工［１－２］。

２　治理方案
２．１　架棚充填
经过调研及现场论证，决定从１５５９ｍ处至
１６０６．９ｍ开始在原有的工字钢钢棚两腿之间套入Ｕ２９钢棚，棚距中对中６０８ｍｍ，上双层钢筋网，对冒顶区用防腐方木充填背实。

套棚完成后，向前掘进时先对顶板破碎段提前注入玛丽散固化顶帮，根据现场围岩情况选择风镐或爆破作业，超前管棚作为临时支护，６００ｍｍ为一个施工循环，架设２９号Ｕ型钢棚，直至进入稳定围岩后方可变为原设计支护。

２．２　壁后注浆
当巷道迎头进入稳定围岩后，对所有架棚段进
行壁后锚注浆工作，加固松散破碎围岩，保证巷道长
期稳定服务。

１）　自制注浆管。

采用直径为２０ｍｍ无缝钢管制作，设计管长２．４ｍ，在注浆入口端扯５０ｍｍ长的螺纹，封孔设计长度为１．２ｍ，在１．２ｍ以里每隔２００ｍｍ打１个直径６ｍｍ的注浆孔。

见图１。

图１　注浆管加工设计（ｍｍ）
２）　注浆前初喷浆。

注浆前初喷浆可以有效
封闭岩面，避免注入深部的浆液通过围岩裂隙向外流出，确保注浆效果，具体操作为：在注浆前向顶板及两帮喷射厚度为５ｃｍ的混凝土，做为止浆层。

３）　合理选择材料及设备。

为了确保注浆效率和注浆效果，选择了２ＺＢＱ－１１．５／３气动注浆泵。

对于浆液的选择有如下要求：浆液凝固最终强度高，具有较好的浆液流动性、稳定性、无毒性，材料成本
低。

所以最终确定采用普通硅酸盐水泥＋
添加剂做为注浆材料，普通硅酸盐水泥选择类型为５２５号，添
加剂与水泥的比例为４
∶１００～６∶１００，浆液水灰比为０
．８∶１～１∶１，浆液配合比如表１所示。

表１　水泥添加剂单液浆配制
序号水灰比水泥／ｋｇ水／Ｌ添加剂／ｋｇ１０．８５０４０２～３２０．９５０４５２～３３
１．０
５０
５０
２～３
４）　优化注浆孔布置。

考虑到巷道在穿过断层破碎带区域的围岩不稳固，在此应该布置和施工较密集的注浆孔，减小间排距，并结合浆液的扩散半
径，最终确定注浆管
（下转第９４页）７
５实用技术
总第２４８期
选择煤柱宽度，将待开掘巷道布置在应力降低区内。

同时要积极推广使用沿空掘巷、沿空留巷等新型工艺，以保证工作面在提高区段煤柱回收效率的同时最大限度地降低巷道维护成本。

除此之外，沿空留巷等工艺还可有效改善工作面的通风条件，从根本上解决上隅角瓦斯积聚的技术难题。

２．２　分析预判待开掘区域的矿压分布特征
在进行矿井巷道的支护工作时，应当明确巷道周围压力的传递过程。

随着采掘工作的不断推进，邻近岩层的原岩应力被破坏，周围岩体的承载能力也不断降低，此时周围岩体的压力便会向深部转移，在掘进巷道前方依次会出现应力降低区、应力增高区、原岩应力区三个区域，侧向支承压力的分区也与此类似，从岩石的破坏形态划分，应力降低区的岩石多为塑性破坏、应力增高区的岩体则以弹性变形为主。

在应力场的形成过程中，由于矿压的存在会导致煤层出现不同程度的变形，而每次的变形都会导致围岩应力场的重新分布，所以在巷道开掘前应采用公式计算、数值模拟、经验类比等多种手段精准地估测超前支承压力的峰值强度、影响范围。

２．３　设计确定支护参数
结合矿井实际生产过程中的不同力学结构模型及其变化情况可以有效解决不同应力环境下的巷道支护及维护问题，所以在进行巷道支护时应当充分了解巷道的地质结构及应力分布规律，严格依照相应的力学结构模型进行巷道支护方案的设计，并在实际运用的过程中对相关理论进行不断完善，从而有效推进后续工作的开展。

２．４　合理安排施工时间
合理设置巷道的开挖时间将直接影响矿山压力的控制效果。

巷道掘进过程中应保证具有足够的安全距离进行巷道的维护，同时，精准计算生产所需的时间，以保证后续相关巷道掘进工作的安全性。

３　结　语
矿山压力的控制及支护，特别是在回采巷道中的应用对于整个矿井生产效率的提升具有极其重要的意义。

而矿井实际生产环境较为复杂，应当在支护过程中充分考虑矿井实际情况，结合围岩破坏规律提出对应的支护方案，实现整个矿井的安全支护及生产。

同时，相关工作人员也应当提升个人安全意识，不断改进支护方案，最终推动整个矿井支护作业发展。

［责任编辑：常丽芳
檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨
］
（上接第５７页）间排距为１５００ｍｍ×１５００ｍｍ。

５）　优化注浆参数。

①注浆压力：注浆压力对加固质量和效果起着至关重要的作用，做为动力源为浆液在围岩中扩散提供动能，根据以往的注浆经验，当注浆压力＜４ＭＰａ时，随着注浆压力的不断增加，锚杆承载力增大，当注浆压力＞４ＭＰａ时，锚杆承载力不再增加，最终确定经济合理的注浆压力为２～３．０ＭＰａ。

②注浆量：注浆量是最主要的注浆参数，决定着浆液的扩散半径从而影响围岩加固效果，结合现场围岩状况，本着节省注浆材料与注浆时间的原则，通过理论分析和现场试验，最终确定注浆量为３０～５０ｋｇ浆液／孔。

③注浆时间：为了防止在围岩裂隙和孔隙发育的巷道内注浆泄漏，注浆时在控制注浆压力和注浆量的同时，还要控制注浆时间，注浆时间不宜过长。

为了提高注浆效果，必须在提高注浆压力的同时适当延长注浆时间，需根据实际情况，灵活掌握注浆压力和注浆时间，最终确定注浆时间为１０～２０ｍｉｎ。

３　现场应用情况
在主运输大巷１５５９～１６０６．９ｍ区间对原有的工字钢钢棚两腿之间额外增加套入Ｕ２９钢棚，掘进至１６３０ｍ处，进入稳定岩层，开始对架棚巷道进行注浆，注浆后通过观测，围岩基本处于稳定状态，对顶板及帮部进行观测基本没有发生变化，该巷道于２０２０年１月中旬掘进到位。

４　结　语
通过采取架棚及注浆支护技术，有效控制主运输巷道断层破碎带帮部及顶板围岩，该支护技术在满足技术要求的前提下，取得了较好的应用效果，既保证了巷道加固后的稳定性，使巷道的变形量确保在设计允许范围内，又改善了围岩的物理力学性能，提高了支护结构的承载能力。

该方法还有安全性高、成本低、施工速度快、劳动强度小等特点，具有广泛的推广应用价值。

参考文献：
［１］　王　军，崔文喜，李文胜．注浆锚杆作用机理及技术参数研究［Ｊ］．价值工程，２０１０，２９（３３）：３１３．
［２］　尤　威，孙益建．深部骑跨采大巷全断面预锚注加固技术［Ｊ］．能源技术与管理，２０１０（５）：５１－５３．
［责任编辑：常丽芳］
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２０２０年４月 李　佳：回采巷道压力控制及支护技术分析 第２９卷第４期。