软岩巷道全断面注浆加固技术应用

安君德

(晋城煤业集团 七岭矿，山西 晋城 048007)

凤凰山煤矿三水平南翼水仓附近巷道布置密集，且处于软岩层中，在上覆91308工作面采动压力影响下，主副水仓刚完成掘进还未投入使用时相继发生剧烈形变。为了保证凤凰山矿15号煤南翼的正常排水，必须对三水平南翼水仓进行巷道围岩加固，解决变形严重的问题。

1 主副水仓破坏特征及原因分析

1.1 水仓破坏特征分析

主副水仓掘出后，水仓底板发生不同程度底鼓，底板断裂，两帮及顶板喷层断裂。对主水仓顶板及两帮进行了钻孔窥视，窥视结果如图1所示。

图1 主水仓围岩变形窥视结果

从窥视结果看，主水仓东帮距孔口2.5m处破碎、塌孔；顶板距孔口4.5m，5.3m处均有径向裂隙和破碎；西帮距孔口5m处极破碎且塌孔。水仓顶板往上4～5m范围内基本上都为较软的煤和泥岩，因此稳定性较差。水仓两帮岩体为泥岩，岩性软，裂隙发育，塌孔处孔壁极破碎。

1.2 水仓破坏原因分析

根据水仓破坏的特征及巷道的布置情况，可以看出水仓破坏的原因如下：

(1)附近巷道布置密集 三水平南翼主副水仓与二盘区回风巷之间的煤柱宽度为37m，主副水仓与变电所平行段之间的煤柱宽度为15m，水仓变电所硐室群西北侧布置了2个综采工作面，东南侧未布置工作面。具体巷道布置如图2所示。

图2 三水平南翼主副水仓与周边巷道及工作面位置

(2)围岩强度不高 主副水仓布置在15号煤底板下方约5m处，岩性为泥岩和铝质泥岩为主，吸水率为2.3%，膨胀率为0.68%，软化系数平均0.59。遇水极易膨胀、泥化，岩性见表1所示。

表1 三水平南翼主副水仓岩性

(3)采动压力影响 9号煤与15号煤层间距30m，上覆9号煤91308工作面正在回采，采动压力传递至主副水仓。

(4)初始支护强度与围岩特征不符 软岩巷道受压后变形量大，且变形持续时间长，三水平南翼主副水仓采用锚网喷支护，支护强度低，不能有效控制巷道围岩形变。

2 巷道修复方案

巷道破坏后其完整性受到破坏，内部节理、裂隙发育，影响锚杆、锚索等支护构件预紧力的施加及其在围岩中的扩散，进而影响加固效果。

围岩注浆可以达到充填裂隙、将破碎围岩重新组合成一个整体、提高围岩承载能力和恢复围岩结构完整性的目的，是破碎围岩巷道加固的直接、有效手段。高压注浆后，原本的破碎围岩基本上恢复至完整状态，但缺乏主动承载能力，注浆施工后必须对围岩进行主动支护补强。在破碎围岩恢复完整性后，再对围岩进行强力锚索加固，进一步提高围岩的整体性，改善围岩内部的应力状态，恢复围岩整体、主动承载的能力，防止围岩再次遭到破坏，保护围岩的稳定。

根据三水平南翼主副水仓的围岩特性和变形破坏程度，决定采用注浆配合强力锚杆、锚索的联合补强支护措施。

3 注浆参数及施工工艺

3.1注浆参数

为了确保注浆参数准确合理，针对凤凰山矿三盘区水仓具体的巷道围岩条件进行了数值模拟，模拟了不同的水灰比、注浆压力对浆液扩散半径的影响。根据模拟的结果并结合现场实际情况最终确定如下注浆参数：

(1)注浆浆液 采用水泥浆，水灰比为0.8∶1～1∶1，并添加XPM添加剂，用量为水泥重量的8%～10%，根据现场注浆情况在小范围内调整，水泥采用标号为52.5普通硅酸盐水泥；注浆时大范围漏浆时采用水泥水玻璃双液浆堵漏。水泥水玻璃双液浆配料比：水泥浆配比不变，水玻璃浓度48～55°Bé，根据现场情况进行调整，模数M=2.8～3.2，水泥浆与水玻璃体积比为1∶0.4～1∶1。

(2)注浆压力 注浆压力受到围岩特性、浆材性能、注浆方式等因素的影响和制约。根据破碎岩体渗流理论和现场注浆试验，注浆终止压力为4～6MPa。

(3)注浆量 注浆量可按下述公式进行估算：

Q=ALπRβλ

式中，Q为单孔浆液注入量，m3；A为浆液消耗系数，1.1～1.5，取1.4；L为钻孔轴向方向加固区厚度，取8m；R为浆液有效扩散半径，取2.5m；β为围岩的裂隙率，1%～5%，取4%；λ为浆液的充填系数，0.6～1.0，取0.85。经计算，每孔注浆量为2.98m3。

3.2 注浆孔布置及支护参数

(1)注浆孔布置 采用注浆锚索施工，将注浆孔和锚索孔合二为一，底板注浆锚索沿巷道走向成排、矩形布置，排距1600mm，间距1600mm；顶帮注浆孔沿水仓断面成排、矩形布置，排距1600mm，间距1300mm。注浆孔布置如图3。

图3 主副水仓注浆孔及锚索布置

(2)注浆孔参数 底板和两帮底脚注浆孔使用TXU-75钻机打孔，注浆孔直径56mm；其余顶帮注浆孔使用TXU-75钻机开孔，钻头直径56mm，深度3000mm；MQT-120锚索钻机或MQB50帮锚杆机成孔，钻头直径28mm；注浆孔深度(8000±50)mm。

(3)支护参数 锚索规格：φ22mm，1×19股高强度预应力钢绞线，长度8300mm。钢筋网：φ6.5mm钢筋焊接而成，网孔100mm×100mm，规格2100mm×1700mm。锚索安装前，铺、联钢筋网，网间搭接1孔，使用16号铁丝孔孔相连；底板钢带采用φ20mm的钢筋焊接，长度3.5m；高强度拱形托盘、锁具、调心球垫、止浆塞。

3.3 施工工艺

主副水仓加固前，清淤并拆除轨道，起底并对帮鼓地段进行开帮、补打锚杆、挂网及封闭喷浆。总体施工工序为：起底、刷帮→顶帮封闭喷浆→打注锚索并预紧→注浆。

(1)主副水仓清淤并起底开帮后，对巷道顶帮进行喷射混凝土，混凝土标号不低于C20，混凝土料配比为水泥∶黄沙∶石子(体积比)=1∶2∶2，厚度30～50mm。

(2)底板和两帮底脚注浆孔使用TXU-75钻机打孔，注浆孔直径56mm，深度8000mm，成孔后插入锚索，将灌浆管插至孔底，填入石粉，灌入水泥浆10～15L，拔出灌浆管；注浆孔预埋锚索7d后，插入注浆铝塑管，然后铺钢筋网上钢带，封孔加装止浆塞、高强度拱形托盘、调心球垫和锁具，涨拉至预紧力不小于150kN。

(3)其余顶帮注浆孔使用TXU-75钻机开孔，钻头直径56mm，深度3000mm，使用MQT-120锚索钻机或MQB50帮锚杆机成孔，钻头直径28mm。锚索采用树脂端部锚固，锚固剂数量为3支，1支规格为K2335，2支规格为Z2360，树脂锚固长度1800mm。锚固后插入注浆铝塑管，然后铺联钢筋网，封孔加装止浆塞、高强度拱形托盘、调心球垫和锁具，涨拉至预紧力不小于150kN。

(4)采用机械式浆液搅拌桶配制浆液，搅拌时先加入清水，后倒入水泥，水灰比为水∶水泥=0.8∶1～1∶1。水泥要筛分去除杂质，混合搅拌均匀。注浆前按设计要求将注浆泵、阀门、高压注浆管路按顺序依次连接，快速接头连接牢固。再次确认注浆系统连接准确、安全可靠后，方可注浆。注浆过程中要注意压力表读数，当达到设计压力并稳定后，关闭注浆泵，弯折铝塑管或关闭注浆球阀，打开卸压阀进行卸压，卸压完成后取下注浆管路。注浆过程中，应安排专人注视周围注浆孔及巷道顶底板、煤帮是否有漏浆，如有漏浆，用水泥-水玻璃双液浆和棉纱堵漏进行封堵，当水泥水玻璃双液浆凝固后，再进行注浆。注浆顺序：采用隔排注浆，按照先注底板，然后再向上对顶帮进行注浆。帮部注浆采用自下而上、左右对称作业的方式。

(5)注浆结束后，对巷道顶帮进行喷浆，混凝土硬化底板厚度250～300mm。

4 结束语

(1)注浆加固可改善围岩的完整性和力学性质，使围岩恢复整体承载能力，同时可提高围岩耐崩解和风化的能力，保证了巷道的服务周期。

(2)采用先喷浆后注浆的方法，大幅度减少了漏浆的现象。

(3)锚索施加预紧力后再行注浆，既可以通过注浆将破碎围岩内部裂隙进行充填，将破碎围岩胶结成为一个整体，提高围岩的整体性和承载能力；同时又可以通过强力锚索对围岩施加预应力，使围岩具有较高的主动承载能力和改善围岩内部应力环境，阻止围岩再次发生破坏，确保加固后的巷道围岩稳定。

(4)水泥配合XPM添加剂注浆材料具有强度高、渗透性强、黏结力高的特点，使破碎的岩层缝隙在微充填和黏结的作用下形成整体，能够充分调动围岩的自承能力。另外，与其他化学加固材料比较，大幅度降低了加固成本。

[参考文献]

[1]钱鸣高，刘听成.矿山压力及其控制[M].北京：煤炭工业出版社.1992.

[2]何满朝，王树仁.断层构造控制的岩巷稳定性及其支护[J].矿山压力与顶板管理，2003，20(S):14.

[3]董正坤，朱庆华，李广余.注浆加固技术研究[J].矿山压力与顶板管理，2000(4):44-46.

[4]刘长武，褚秀生.软岩巷道锚注加固原理与应用[M].徐州：中国矿业大学出版社，2000.

[5]张 农，侯朝炯，陈庆敏.巷道围岩注浆加固体性能实验[J].辽宁工程技术大学学报，1998(2):15-18.

[6]康红普，冯志强.煤矿巷道围岩注浆加固技术的现状与发展趋势[J].煤矿开采，2013，18(3)：1-7.

[7]李剑锋.深部极软岩巷道非均匀支护技术研究[J].煤矿开采，2013，18(3)：72-74.

[8]郭建忠.注浆锚索支护技术在大断面硐室整体加固中的应用[J].建井技术，2009(6).