耿村煤矿松软破碎煤巷壁后注浆加固技术研究

摘 要：耿村煤矿12240上巷掘进工作面顶底板及帮部松软破碎，且穿过多条断层构造，掘巷期间围岩变形较严重。为控制围岩变形及改善围岩承载能力，对巷道围岩进行混凝土喷层、围岩注浆结合注浆锚索联合支护的壁后注浆加固技术。工程实践表明，壁后注浆加固技术有效控制围岩变形，并取得良好经济技术效果。

关键词：巷道支护；松软破碎；注浆；注浆锚索

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.14.025

1 工程地质背景

耿村煤矿12240上巷掘进工作面巷道埋深约为500m。12240上巷直接顶为灰黑色泥岩或泥岩、细砂岩互层，厚约30m；巷道底板为炭质泥岩或砂质泥岩，厚约2.3m。12240上巷穿过多条断层，掘进区域地质构造复杂。设计的巷道断面为半圆拱形，巷道断面（图1）毛宽6000mm。原顶板控制采用“锚杆、锚索、网、钢带、混凝土喷层”联合支护。其中，选用的锚杆为BHRB335号22×2400 mm左旋无枞筋高强锚杆，树脂锚固剂为MSK2335型树脂锚固剂，预应力为70KN。采用的锚索规格为18.9×6300mm锚索，树脂锚固剂为5卷MSK2335型树脂锚固剂，预应力120KN。锚杆间排距900×1000mm，每排12根；锚索间排距1800×2000mm，金属网孔宽为100mm。

由于巷道顶底板多为泥岩，巷道两帮煤层松软，且巷道穿过多条断层，掘巷期间围岩变形较大，且局部巷道帮部出现片帮、坍塌等，进一步削弱锚杆主动支护。因此对12240工作面进行混凝土喷层结合围岩注浆、注浆锚索对巷道围岩进行加固，达到控制围岩在巷道服务年限内稳定可控的目的。

2 注浆加固机理

（1）采用浆液填充围岩的缝隙后使得围岩变的完整来提高围岩强度，提高岩体内聚力、内摩擦角、弹性模量等力学参数，改善围岩二次应力分布，增强围岩的自承载能力，从而围岩的破坏程度减弱。

（2）浆液填充缝隙，使得承受力面积增加，降低围岩产生在支护构件上局部的集中应力，使锚杆托盘、工字钢梁等支护构件承载的负荷更充分均匀。通过围岩注浆，可填充巷道顶板的松软破碎区域，尤其是顶帮角处（承受高剪应力的剪切破坏区域）与顶板拉裂隙区域，增强顶板的连续性，使顶板围岩应力可以传送到帮部。

3 壁后注浆工艺

3.1 混凝土喷层支护

在巷道帮部及顶板采用混凝土喷层支护，混凝土喷层厚度50-80mm，在围岩破碎区域加厚。混凝土材料由普通硅酸盐水泥、中砂或细砂、鹅卵石或碎石、水、速凝剂混合而成；比例为水泥∶砂子∶石子=1∶2∶2。初喷时应适当减少石子掺量，保证与围岩有效粘结，水灰比控制在0.4-0.5范围内。速凝剂的掺量约为水泥重量的0.025-0.04倍，控制初凝时间在3-5min，最终凝固时间小于10min。

3.2 围岩注浆

注浆孔布置示意如图2所示：每个断面布置6个注浆钻孔，孔间距2000mm，排距3600mm，钻孔深度6000mm。用型号为ZQJJ-200/1.8型钻机进行钻孔作业，具体实施过程为：（1）用半径60mm的钻头钻孔1-2m，然后放入长1000mm，直径110mm的管子；（2）用半径为37.5mm钻头再向前钻进4-5m达到预先设计的终孔位置。浆液水灰比例为1：0.5～1：1，填充压力为3～4MPa。假如巷帮煤体破碎程度严重，可使用锚机钻1500mm的浅孔并安装管道（管口半径12.5mm、长0.6m，填充压力1-2MPa），实施低压注浆，再进行深部注浆进行加固。

3.3 注浆锚索施工工艺

巷道掘进至揭露断层附近时，顶底板及帮部围岩破碎程度严重，采用注浆锚索进行加固。注浆锚索布置如图3所示，每排7根注浆锚索，间排距1800mm×1800mm；锚索轴向垂直于围岩表面，偏差不大于10°；预紧力不小于280kN。注浆锚索规格为18.9×6300mm，注浆托盘规格为300×300×14mm高强度可调心托板，高度大于60mm，承载强度400kN，注浆孔直径18mm。注浆锚索锚固长度1800mm。

3.4 注浆加固效果分析

分析硐室围岩变形曲线和变形速度曲线可知，对硐室注入浆液进行加固，第三天达到最大值，两边移近速度为（11.5mm/d），顶板下沉速度为（8.6mm/d），底板底臌速度为（5mm/d），两边移近量为98m，顶板下沉量为69mm，底板底臌量为38mm。巷道修复约30d后趋于稳定。根据观测数据可知，12240上巷经过壁后注浆后，围岩变形得到显著控制，并取得良好经济技术效果。

4 结论

壁后注浆可提高围岩强度，改善围岩二次应力分布，增强围岩的自承载能力。浆液填充围岩缝隙后可增大了流体在岩体中运移的阻力，达到降低围岩渗透性的目的。同时通过改善浅部围岩变形使得锚杆锚索等支护构件在围岩表面受力更加均匀，增强锚杆、锚索的主动承载能力。12240上巷经采用混凝土喷层、围岩注浆结合注浆锚索联合支护的壁后注浆加固后，围岩变形得到显著控制，并取得良好经济技术效果。

作者简介：杜鹏涛，男，河南南阳人，工程师，现任河南能源耿村煤矿综掘一队队长。