赵庄煤业复用巷道变形规律及注浆加固技术

徐 泽

（晋城煤业集团赵庄煤业，山西 晋城 048000）

赵庄煤业大采高工作面回采巷道采用多巷布置，部分巷道保留下来为下一工作面复用。复用巷道使用周期约2～3 年，需经历本工作面剧烈采动、下一工作面开采时一侧采动和另一侧采空区叠加应力影响三个阶段[1-2]，矿压显现呈现明显的“剧烈性”和“滞后性”。当煤质变软、遇地质构造时，维护更加困难，复用巷道变形破坏严重，反复维修，影响正常生产和采掘衔接[3-4]。因此必须对复用巷道进行治理，减小变形量，使巷道断面满足二次使用的要求。针对赵庄煤业13092 复用巷道，在研究变形规律的基础上，进行锚注加固试验，以期为复用巷道围岩变形控制提供参考。

1 工程背景

赵庄煤业13092 巷为1309 工作面回风顺槽，全长约2860m，为1309 和1310 两个工作面服务。目前1309 工作面正在回采当中，1310 工作面尚未回采，保护煤柱宽度60m。巷道与工作面位置关系见图1。

图1 13092 巷与工作面位置关系图

13092 巷为矩形断面，净宽5m，净高4.5m。顶板每排5 根锚索，间距1.1m，排距0.6m，锚索长度8.4m；两帮每排5 根锚杆，间距0.95m，排距1.2m，锚杆长度2.4m；帮锚索每排2 根，间距2m，排距2.4m，帮锚索长度5.4m。

2 复用巷道变形规律

顶板采用全锚索支护，顶板下沉量在150mm以内，此次观测主要针对巷道两帮。在13092 复用巷道，切眼前方400m 位置起，向外布置5 组表面位移测点，测点间隔50m，分别在回采进度400m、450m、500m、550m、600m 位置，观测范围为工作面前方50m 至工作面后方1200m，每7d观测一次，统计两帮变形量，分析变形速度。两帮变形量、变形速度与工作面位置关系分别见图2（a）、图2（b）所示。

图2 两帮变形曲线图

由图2（a）可以看出，两帮累计移近量1203.5mm，煤柱一侧变形量约900～1000mm，超过两帮总变形量的75%。

由图2（b）可以看出，两帮变形速度具有明显的分区特征：

（1）初始影响区（50m～ -200m），两帮移近量不足150mm，变形速度平均约4mm/d；

（2）剧烈影响区（-200m～ -600m），两帮剧烈变形，移近量约679mm，变形速度平均约12.1mm/d，在-350m ～-450m 达到峰值，平均15.3mm/d；

（3）稳定区（-600m～ ），两帮变形速度逐渐下降，变形量388.5mm，变形速度平均约4.6mm/d。

剧烈影响区和稳定区变形量占两帮总变形量的89.2%。

3 二次锚注加固机理及方案设计

3.1 二次锚注加固机理

分析13092 巷变形规律发现，两帮总变形量的89.2%集中在剧烈变形区和稳定区。剧烈变形区产生大变形的根本原因是一次支护强度不足，而稳定区变形量较大的主要原因是围岩破坏深度增大，一次支护锚杆索失效，围岩丧失大部分承载能力，即使稳定区顶板压力降低，围岩也无法有效承载，始终维持在相对较高的变形速度。因此，二次锚注加固的根本应在于提高一次支护强度。由于锚索锚固力不足，锚注必须在初始影响区之前进行，减小剧烈影响区巷道变形量和破坏深度，在稳定区及时进行二次注浆，提高残余承载能力，使围岩进入稳定状态。

3.2 一次超前锚注加固方案

13092 巷锚固力不足，采取先注浆、后锚索补强的方式进行加固。

（1）钻孔布置

采用4m、8.5m 两个孔深交替布置，4m 孔用于封堵浅部锚杆孔等裂隙，8.5m 孔用于加固锚索锚固段范围，均垂直于煤帮。如图3 所示。

注浆材料选用晋煤集团技术研究院研发的联邦加固1 号（双液）材料，使用水灰比0.8:1，材料1～3min 失 去 流 动 性，5～10min 终 凝，2h 强 度10MPa 以上，1d 强度16MPa 以上。

图3 一次注浆钻孔布置示意图

（2）煤柱一侧帮锚索补强

工作面一侧考虑采煤机割煤影响，不进行补强，只在煤柱一侧进行帮锚索补强。布置方式：① 在原两排锚索正中补打一排锚索，补打锚索每排3 根，新补打的一排锚索之间使用1 根钢筋托梁连接在一起。② 在原锚索两根之间正中位置再补打1 根锚索，最终形成“三三三三三”锚索布置形式，补强锚索长度8.4m。如图4 所示。

实施顺序：超前工作面50m 进行，先进行注浆，再进行锚索补强，锚固力仍不足时配合注浆加长锚固法提高锚固力。

3.3 稳定区二次注浆方案

在稳定区进行，采用12m 一个孔深进行加固，钻孔上、下排，矩形布置。下排孔开孔高度距离底板2m，仰角0°，上排孔开孔高度距离底板3m，仰角5°，孔深12m，孔径42mm。

注浆材料选用晋煤集团技术研究院研发的联邦加固（单液）超细注浆材料。材料20～30min 失去流动性，可以保证较深钻孔下浆液在裂隙中充分扩散，60～80min 初 凝，360min～480min 终 凝，1d 强度16MPa 以上，3d 强度25MPa 以上，加固后能够显著提高围岩强度。

二次注浆在工作面后方600m 以外进行。

图4 帮锚索补强示意图

4 巷道变形效果考察

（1）注浆加固区域与未注浆加固区域相比，呈现相似的规律，也分为初始影响区（50m～ -200m）、剧烈影响区（-200m～ -600m）和稳定区（-600m～）。

（2）注浆区域巷道两帮最终变形量598mm。其中初始影响区变形量122mm，占比20%；剧烈影响区变形量441mm，占比74%，最大变形速度12mm/d；稳定区变形量35mm，占比6%。如图5所示。

（3）与未锚注区域相比，两帮总变形量减小50%。其中，初始影响区减小2%，剧烈影响区变形量减小20%，稳定区减小28%。可以看出，一次锚注加固显著减小了剧烈影响区内围岩变形，并对稳定区围岩变形起到了控制作用，稳定区二次注浆后，变形速度快速减小，围岩快速进入稳定状态。

图5 注浆后两帮变形曲线图

5 结论

（1）大采高工作面复用巷道变形规律具有明显的滞后性和剧烈性，根据变形速度大小，依次可以划分为初始影响区（50m～ -200m）、剧烈影响区（-200m～ -600m）、稳定区（-600 ～）。剧烈影响区和稳定区变形量占两帮总变形量的89.2%。

（2）提出二次锚注加固方案。一次锚注加固在初始影响区之外进行，目的是提高一次支护强度，减小剧烈影响区围岩破坏深度；二次注浆加固在稳定区进行，目的是提高残余承载能力，使围岩进入稳定状态。

（3）采用二次锚注加固方案后，两帮最终变形量598mm。与未锚注方式相比，两帮总变形量减小50%，其中，剧烈影响区和稳定区减小48%。