围岩注浆加固技术在孙疃南翼轨道大巷底鼓治理的应用

刘亚军

摘 要：结合孙疃矿-545m南翼轨道大巷实际情况，在底鼓治理实践中提出底鼓控制的研究思路，通过消除或者减少巷道底板无效加固区，使各项支护与围岩组成可靠的承载结构，对底板进行有效加固，可以有效控制巷道底鼓的发生。通过锚杆支护结合浅孔密注充填注浆和深孔强化注浆，成功解决了孙疃矿-545m南翼轨道大巷的支护问题，取得了明显的技术经济效益，对此类巷道支护具有指导意义。

关键词：注浆加固 巷道支护 围岩控制 底鼓 数值模拟

中图分类号：ID265.4 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）02（b）-0082-02

孙疃矿新建以来，由高地压引起的大变形一直是巷道主要的破坏方式，随着有针对性的技术攻关不断开展，实践期间研究采用了高强锚杆、帮部锚索支护、架U型钢封闭支架以及注浆加固注浆等多种支护方式，均无法控制巷道变形，尤其是巷道破坏在断层带及临近煤层岩性恶化区域更加突出。南翼轨道大巷围岩主要为粉砂岩、泥岩以及煤线，巷道由于局部横穿煤层，同时受到断层影响，巷道底鼓严重。

1 底鼓治理研究思路

在巷道开挖过程中，围岩破坏变形存在如下力学模型，巷道开挖后，存在一个与巷道相切的等效开挖区，随断面形状和应力条件的不同，周围存在明显的无效加固区（应力条件分为三类，σy=σx，σy>σx，σy<σx），见图1所示。随岩性不同，巷道的破碎区也有明显的不同，而对于巷道整体的加固，存在一个合理的加固范围和最小加固长度，才能使各加固措施能够形成有效的承载环，因而顶帮底的加固和控制措施有如下的特征：

（1）顶板的加固与控制无论在何种应力条件下都相对容易。而且可采取多种控制方式，注浆加固、长锚杆及锚索支护等；

（2）帮部加固明显受限。帮部加固虽然可以与顶部采用相同方式施工，但是其打眼与其它配套工序，都比顶部困难许多；

（3）底板控制极其困难。在底板存在着较大的无效加固区，严重底鼓时，采用底板注浆锚索和锚杆以及反底拱施工等控制措施都极难施工。

通过消除或者减少巷道底板无效加固区，使各项支护与围岩组成可靠的承载结构，对底板进行有效加固，可以有效控制巷道底鼓的发生。

2 孙疃矿南翼轨道大巷底臌治理方案及设计参数

2.1 底鼓治理方案

根据孙疃南翼轨道大巷底臌段的围岩特点和断面要求，设计如下的支护参数，确保巷道底鼓的有效控制。其修复方案为：全封闭U型棚+锚注支护。

其工艺流程为：顶区锚索锁棚—浅孔固结注浆—扩帮替换U型棚腿—锁腿锚杆—全断面喷浆（要求壁后喷实）—底板浅层开挖卧底—底板锚杆（锚注一体）—帮部与顶区注浆锚杆—全断面深孔注浆—注浆锚索（可选）。

2.2 支护设计参数

（1）扩帮替换U型棚腿。

锚索配合工字钢托梁护顶：在架U型棚段，每2棚安设3套Φ17.8×6300mm顶部锁棚锚索，锚索固定于托顶工字钢梁上，进行进U型棚的顶部锁棚施工，将U型棚拱部固定于顶板岩层中。锚索排距为1.2m，间距为1.8m。

浅孔固结注浆：对于围岩破碎自稳能力差的地段，要进行浅孔固结注浆，将浅层破碎岩体进行加固。

（2）锚杆支护。

锚杆支护：在扩帮结束后一个圆班必须采用GM24/3000-490高强锚杆进行支护。锚杆间距为800mm，排距1200mm，锚杆支护必须紧跟架棚施工。每棚采用4根GM24/3000-490高强锚杆配合可搭接式锁腿卡缆进行锁棚施工，底角锁腿锚杆距底板400mm，向下带扎角15°。

（3）底板锚杆与反拱U型棚。

在底板浅层开挖卧底后，架设反拱U型棚，并安设底板锚杆，每棚安设4根底拱锚杆，锚杆长度为2.8m或2.4m（根据施工情况确定），采用两节Z2550锚固树脂药卷加长锚固。同时底板每2棚安设一排（3根）锚注一体锚杆，该锚杆排距1.2m，间距1.8m。帮顶锚杆施工可以采用风锤或气腿式锚杆钻机，底拱锚杆要求采用配套MQJ-120/S气动底板锚杆钻机。

（4）全断面喷浆。

全断面喷浆应在U型棚架设完成之后进行，对于U型棚壁后及底拱角应当反复喷浆充实。喷浆料采用水泥、黄沙、石子按照1：2：2比例混合配置，为了保证喷浆过程中浆液流动性，喷浆料中应不加或者少加速凝剂，喷浆作业中严格把控喷浆质量，务必做到密实可靠。

（5）深孔注浆。

在施工锚杆钻孔的同时要求打设注浆孔，注浆孔深2.8～3.0m。

帮、顶注浆：注浆孔间距1.6m，排距1.2m，可以采用风锤或气腿式锚杆钻机施工；钻头直径Φ=42mm，注浆锚杆由4分钢管制成，长度为2m，底端扁平处理，设计管体注浆孔径前部8mm后部4mm孔径，注浆时帮角最下一排注浆锚杆下扎15°。

底板注浆：底板布置三个注浆孔，注浆孔间距1.8m，排距1.2m，孔深3.0m求采用配套MQJ-120/S气动底板锚杆钻机。注浆锚杆采用配套BQD28-3.0m底板注浆锚杆，当底板破碎塌孔严重时采用自进（钻）式中空注浆锚杆。

2.3 注浆加固效果分析

注浆加固后，对巷道顶底板及两帮的变形情况进行监测，观测结果如图2所示：

由图可见南翼轨道大巷巷道变形量小，巷道形状完整，未出现局部严重变形恶化现象，巷道顶底板最大位移83mm，两帮最大位移44mm，位移量在巷道加固后55天未出现变化，说明施工方案对南翼轨道大巷的支护起到了显著效。

3 结论

（1）提出了底鼓控制思路，通过消除或者减少巷道底板无效加固区，使各项支护与围岩组成可靠的承载结构，对底板进行有效加固，可以有效控制巷道底鼓的发生。

（2）联合密闭支护方式，有效控制了巷道的变形和底鼓失稳情况，不仅解决了大松动圈围岩巷道支护难题，而且有效防止了泥岩巷道围岩后期的渗流灾变。

（3）注浆加固施工工序简单，加固效果安全可靠，在技术上以及工程经济上具有明显优势。

参考文献

[1] 张华，刘建，李鹏，等.深部岩巷稳定性控制方法及实例研究[J].岩石力学与工程学报，2008，27（2）：3913-3918.

[2] 黄德发，王宗敏，杨彬，等.地层注浆堵水与加固施工技术[M].徐州：中国矿业大学出版社，2003.

[3] 张农，许兴亮，李桂臣.巷道围岩裂隙演化规律及渗流灾害控制[J].岩石力学与工程学报，2009，28（2）：330-335.

[4] 柏建彪，侯朝炯.空巷顶板稳定性原理及支护技术研究[J].煤炭学报，2005，30（1）：8-11.

[5] 柏建彪，侯朝炯.深部巷道围岩控制原理与应用研究[J].中国矿业大学学报，2006，35（2）：145-148.

[6] 钱鸣高，石平五.矿山压力与岩层控制[M].徐州：中国矿业大学出版社，2003.