２０１２年第３期 ｄｏｉ：ｌＯ．３９６９０．ｉｓｓｎ．１６７２—９９４３．２０１２．０３．０２３ 能源技术与管理 ５７ 返修巷道全断面注浆加固技术研究 代军 ，刘凯 ，梁彦军 （１．河南煤化集团焦煤公司赵固二矿，河南辉县４５３６３３；２．武汉理工大学资源与环境工程学院，湖北武汉４３００７０； ３．河南煤化工集团公司鹤煤十矿，河南鹤壁４５８００８） ［摘要］ 矿井进入深部开采后，“三高”即高地应力、高温以及高渗流对巷道的影响尤为明 显，表现出巷道围岩塑性变形区增加，有效承载能力降低以及单一锚网索支护抗变 形能力差等特点。为了解决这种问题，提出了采用全断面注浆加固技术提高塑性破 坏区岩体承载强度及浅部围岩的稳定性。通过对试验巷道进行工程试验，结果表 明：顶底板移近量为８６ ｒ￣Ｌｍ、两帮偏移量为１４２ ｒａｍ．，分别减少了８１．９％、９４．３％，底鼓 和巷道两帮大变形得到了有效控制。 ［关键词］ 软岩巷道；底鼓；大变形；注浆加固；深浅部注浆 ［中图分类号］ＴＤ３５３［文献标识码］Ｂ［文章编号］１６７２＿９９４３（２０１２）０３ ０５７一Ｏ３ Ｏ引 言 矿井进入深部开采后，“三高”即高地应力、高 温以及高渗流对巷道的影响尤为明显，巷道两帮 螺纹钢锚杆，间排距７００ ｍｍ Ｘ ７００ ｍｍ；拱顶锚索 每排布置３根，间排距为１ ８００ ｍｍ ｘ １ ４００ ｍｍ； 锚杆间使用横向梯子梁连接，锚索间使用纵向梯 子梁连接；表面喷射１２０ ｍｍ厚的混凝土，如图１ 所示。 及底板都出现较大变形。其中，巷帮是在竖直应力 作用下，岩体发生侧向变形，变形程度与围岩物理 力学性质、巷道断面形状及采动因素有关，而底鼓 与巷道宽度、水平构造应力及底板的含水量有关。 经巷道表面收敛观测，巷道顶板下沉量为 １５０～１７５ ｍｍ，两帮收缩量为３４０—４８０ ｍｍ，底板变 形严重，底鼓量为１．５～２．５ ｍ。 由于底鼓和两帮变形严重，常规支护方式难以取 得有效控制，巷道返修频率逐年增加，给生产及维 护带来很大困难 ］。所以，深部巷道对底鼓和两 帮的控制已成为巷道支护的关键。 针对返修巷道围岩破碎岩体塑性变形量大、 顶板承载应力不均匀及底板岩体遇水膨胀破坏严 重等特点 ］，提出采用全断面注浆加固方法对巷 道进行支护，即在巷道两帮、底板加强锚索支护， 提高塑性区的骨架承载能力［６３，为全断面注浆提 供条件；围岩进行深浅部注浆提高了破裂岩体的 支承性能，增加了巷道断面的稳定性。经过两个多 图１ 轨道上山原支护设计示意图 月对围岩位移、应力进行监测，取得了具有借鉴意 义的成果。 ２注浆加固机理 巷道在地应力及开采扰动作用下，围岩裂隙 １ 原巷道支护设计 赵固二矿轨道上山位于矿井南部，埋深 ７２１．９ ｍ，巷道坡度１９。。巷道所在层位岩性为粉砂 岩，灰黑色中厚层状水平层理，含泥质、钙质结核， 性软。轨道上山原设计断面为直墙半圆拱形巷道， 净断面４ ５００ ｍｍ ｘ ３ ５５０ ｍｍ，巷道顶和两帮采用 比较发育，这为注浆加固围岩体提供了贯通通道， 使得浆液充填裂隙区，增加破裂岩体的粘聚力，提 高围岩体的支承稳定性。注浆加固作用一般包括 如下几点：①骨架网络作用（提高煤岩体的整体强 度）。对破碎煤岩体注浆，浆液在泵压的作用下挤 压或渗透到破碎煤岩体的裂隙中，浆液固结后，以 固体的形式充填在裂隙中并与岩体固结，这些充 锚梁网喷注联合支护。支护参数： ２２ Ｘ ２４００ｍｍ ５８ 代军，等返修巷道全断面注浆加固技术研究 ２０１２年第３期 填的材料在岩体内形成新的网络状的骨架结构。 ②转变破坏机理作用。当岩体中存在较大的裂隙， 且裂隙附近的岩石单元处于二向应力状态，当裂 隙内充满加固材料后应力发生变化，这些单元将 转变成三向受力状态，使得注浆后的破碎岩体较 注浆前的弹性模量、抗变形能力有较大提高。③与 支护结构形成共同承载作用。破碎松散岩体中实 施注浆加固，使巷道破碎煤岩体重新胶结成整体， 形成承载结构，充分发挥围岩自稳能力，并与巷道 原有支护体系共同作用，从而减轻原有支护体系 承受的载荷，改善巷道围岩应力分布，减少巷道顶 板下沉量。④封闭保护作用。巷道围岩破碎岩体注 浆后，凝固后的浆液固结体将封闭围岩的裂隙，阻 止地下水和有害气体渗漏、侵入，防止巷道围岩裂 隙引起的漏风、漏水现象，杜绝瓦斯和水害事故的 发生，对防治瓦斯和水患具有比较重要的作用。 ３锚网索支护及全断面注浆加固方案 ３．１锚网索支护 （１）帮顶锚网索。巷道断面重新清理后，顶板 和两帮按原支护设计进行加固。针对巷帮变形较 大，采用长４．２ｍ的锚索进行加固，间排距为１．０ｍＸ １．４ ｍ；托盘为 ３００ ｍｍ的球形托盘；锚索预紧力 不小于２０ ＭＰａ。 （２）底板锚索束。锚索束由３根 １７．８ Ｘ ８ ５００ ｍｍ高强度低松弛钢绞线组成；间排距为 １．５ ｍ Ｘ ３．０ ｍ，两侧锚索距帮０．７５ ｍ，各外摆１５。， 呈扇形分布，如图２所示。 图２新支护设计方案 ３．２围岩注浆方案 （１）注浆材料。水泥标号４２５ ；水玻璃及复合 添加剂ＸＴＭ一１Ｉ型。 （２）注浆设备。采用ＺＢＱ一１５／５型气动双液水 泥注浆泵。 （３）注浆动力系统。通过高压管路向注浆加 固地点供风，接头规格为 １９ ｍｍ高压管。从水 管上接出 １０ ｍｍ供水管，并接好阀门。供风风 量不低于３ ｍ３／ｍｉｎ，供风压力不低于０．５ ＭＰａ。 （４）注浆参数设计。顶帮采用深、浅部注浆孔 错排布置，每排分别布置６和７个钻孔，孔径为 ４２ ｍｍ，间排距为１．５ ｍ Ｘ ３．０ ｍ。浅部注浆孔深 ２．５ ｍ，深部为７．０ ｍ，注浆管长度分别为２ ｍ、６ ｍ； 底板注浆孔孔径１００ ｍｍ，孔深８．０ ｍ，注浆管由四 分管制成，长４．０ ｍ，和锚索束一起放入钻孔内，灌 浆深度３．５ ｍ。注浆孔布置如图３所示。 图３深浅注浆孔布置断面示意图 （５）钻孔注浆量。实际施工时应通过调整浆 液的渗透陛和注浆终压，保证实际有效扩散半径 不小于孔间距的０．６５—０．７５倍，保证注浆孔的渗透 范围有一定的交叉。一般情况下，顶板、两帮浆液 预注量为３～５袋，底板为１０～２１袋，每袋５０ ｋｇ。 （６）注浆压力。针对巷道岩性及支护状况，确 定注浆压力。根据巷道围岩的承受能力，设计浅孑Ｌ注 浆终压２～３ ＭＰａ，深部预应力注浆终压８～１０ ＭＰａ。 ４支护效果监测分析 为了验证巷道设计支护方案的可行性及效 果，在井下布置矿压监测站，采用新支护方案支护 后，２个月内巷道两帮移近量、顶底板移近量的观 测结果如图４、５所示。从设计方案支护后的监测 数据和原始数据对比可见，采用新设计支护方案 后巷道变形量明显减小。根据现场监测，４０ ｄ后巷 道变形大幅度减小，两帮移近量为８６ ｍｍ，而底板 经过锚索束注浆加固后，底鼓量仅为１４２ ｍｍ，相 比原支护方案分别减少了８１．９％、９４．３％，说明通 ２０１２年第３期 能源技术与管理 ５９ 过锚索主动预紧巷道围岩，提高了围岩的支承能 一个完整的注浆加固圈，提高了围岩抗水平构造 力，为注浆支护创造了条件；而深、浅部注浆加固 应力及开采扰动的影响，解决了原半圆拱支护方 方法增大了破裂岩体的粘聚力，减小了围岩的剪 式中对底板支护不足的缺点。根据试验巷道所得 切变形，提高了巷道的稳定性与服务年限。 观测数据，说明在深井软岩巷道中，全断面注浆加 １ｏｏ 固方法能大大减少巷道底鼓、顶板下沉和两帮的 面８０ 变形，满足了巷道支护的需要、降低巷道维修频 蚓 ６０ 率，确保了巷道的正常使用和安全生产。 ４０ 程 ［参考文献］ 螽２０ ［１］何满朝，谢和平，彭素萍，等．深部开采岩体力学研究 ０ ［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２００５，２４（１６）：２８０３—２８１３ ｏ ｌ０ ２０ ３０ ４０ ５０ ［２］靖洪文．深部巷道破裂围岩位移分析及应用ｆ博士学位 观测天数，ｄ 论文１［Ｄ］．徐州：中国矿业大学，２０１１ 图４巷道两帮相对移近量示意图 ［３］高洁，王文亮，张秋成，等．采动影响下巷道群稳定性 ｇ １５０ 的现场检测研究［Ｊ］．能源技术与管理，２０１１（３）：５４—５６ ［４］李学华，姚强岭，张农，等．高水平应力跨采巷道围岩 ｌＯＯ 稳定性模拟研究［Ｊ］．采矿与安全工程学报，２００８，２５ （４）：４２０—４２５ 晕５０ ［５］郁时炼，茅献彪，卢爱红．湿度场对膨胀岩巷道变形影 ｛蟠 响规律的研究［Ｊ］．采矿与安全工程学报，２００６，２３（４）： 垭ｌ 弱ｏ ４０２－４０５ Ｏ １Ｏ ２Ｏ ３Ｏ ４０ ５０ ６０ ［６］潘岳，王志强．应变非线性软化的圆形硐室围岩荷载一 观测天数，ｄ 位移关系研究［Ｊ］．岩土力学，２００４，２５（１０）：１５１５—１５２１ 图５巷道顶底板相对移近量示意图 ［作者简介］ ５结论 代军（１９８５一），男，助理工程师，２００９年毕业于河南理 深部巷道受“三高”因素的影响，巷道变形破 工大学采矿工程专业，现工作于河南煤化集团焦煤公司赵 固二矿技术科，主要从事深部巷道返修支护工作。 坏严重。采用全断面注浆加固技术可使围岩形成 『收稿日期：２０１２—０１—０２］ （上接第１１页）距不得大于４ｍ，在地质构造变化 测定［Ｊ］．煤矿安全，２０１０（２）：４０—４２ 带，还应适当减小钻孔间距。考虑到永红煤矿３ ［４］俞启香．矿井瓦斯防治［Ｍ］．徐州：中国矿业大学出版 煤层平均厚度达到５．９０ ｍ，为使预抽钻孔全部覆 社．１９９２ 盖整个煤层，建议矿井区域预抽钻孔应至少布置 『５］徐东方，王兆丰．压降法测定钻孔的抽放影响半径试 ２排。 验研究［Ｊ】．煤矿安全，２００９（５）：１－３ （３）由于永红煤矿是煤与瓦斯突出矿井，建 ｆ６］周红星，程远平，谢战良．计算机模拟确定瓦斯抽放有 效半径的方法研究［Ｊ］．能源技术与管理，２００５（４）：８１— 议矿井在生产过程中垂深每增加５０ ｍ应及时测 ８２ 定瓦斯基础参数，更多的掌握瓦斯赋存规律，为瓦 ［７］陈金玉，马丕梁，孔一凡，等．ＳＦ６气体示踪法测定钻孔 斯治理提供依据。 瓦斯抽放有效半径［Ｊ］．煤矿安全，２００８（９）：２３－２５ ［参考文献］ ［作者简介］ ［１］徐三民．确定瓦斯有效抽放半径的方法探讨［Ｊ］．煤炭 李建兵（１９７３一），男，山西阳城人，注册安全工程师， 工程师，１９９６（３）：４３—４５ １９９５年毕业于中国矿业大学矿井建设专业，长期从事煤 ［２］国家煤矿安全监察局．防治煤与瓦斯突出规定［Ｍ］． 矿安全生产相关工作，现任沁和能源集团有限公司生产技 北京：煤炭工业出版社，２００９ 术部经理。 ［收稿日期：２０１１－１２－２６］ ［３］杜泽生．平宝公司首山一矿已 煤层瓦斯抽放半径