马兰矿轨道大巷分段注浆加固技术应用研究

张 煜

（西山煤电马兰矿，山西 古交 030200）

1 工程概况

焦煤集团西山煤电马兰矿现阶段主采石炭系太原组8 号煤层，属稳定可采厚煤层，结构复杂，煤层结构1.20(0.20)3.03。煤层总厚为3.80～4.80m，平均厚度为4.43m，煤层倾角0～7°，平均倾角为4°，地面标高+1238m～ +1359m，井下位于+910m 水平，采用综放开采，滚筒割煤高度为2.5m，采放比1:0.78。8#煤层顶板多为L1泥灰岩，底板多为粉砂质泥岩，其顶底板岩层详细的特征如表1 所示。马兰矿南五采区工作面回采期间，采区轨道大巷出现明显的失稳变形现象，已严重影响巷道的正常使用，需采取适当的措施进行治理。

2 轨道大巷底鼓机理分析

2.1 原有支护概况

马兰矿南五采区轨道大巷采用直墙半圆拱形断面，巷道宽度为4.6m，直墙高度为1.6m，净断面为15.6m2。掘进期间永久支护方式为锚网索喷联合支护。顶板和两帮锚杆采用Φ20×2000mm 高强预应力锚杆，间排距为900×900m。顶锚杆每排打设7 根，帮锚杆每排3 根，第一排帮锚杆距顶板为200mm，并向下倾斜20°施工，其余两排锚杆沿水平方向垂直煤壁安装。顶板和两帮锚杆采用全长锚固，安装顶板锚杆时先注入两支MSZ23/25 树脂药卷，再注入一支MSK23/25 树脂药卷。顶板锚索采用Φ17.8mm、长为6300mm 的钢绞线，锚索间排距为1200×1800m，采用“三花”布置方式。每根锚索采用三根 MSZ23/80 型树脂锚固剂。顶板和两帮采用矩形钢筋网，钢筋采用直径6.5mm 的光圆钢筋，网格尺寸为100×100mm。巷道表面喷射厚度约为200mm 的C20 混凝土。南五采区轨道大巷掘进期间，永久支护断面详情如图1 所示。

2.2 矿压显现特征分析

为具体了解南五采区轨道大巷围岩的变形特征，在18501 工作面对应的240m 段轨道大巷内，通过围岩位移现场监测获取其围岩变形的详细情况[1]。根据现场得到的数据整理得到表2 所示的结果，其中围岩位移量均为对应巷段测得的最大值。

表1 8#煤顶底板岩性特征表

图 1 轨道大巷原有支护断面

表2 轨道大巷围岩变形量统计结果

巷道围岩的变形量在多种因素影响下，在不同的巷段围岩的变形形式和程度将有很大的差异，因此可根据巷道围岩的变形特征将其划分为不同的区段，针对具体的围岩变形情况合理地设计其加固措施。依据巷道围岩变形量对巷道顶底板围岩稳定性进行分类[2-3]，分类情况如表3 所示。

表3 巷道围岩分类表

根据表3 所示的分类标准对马兰矿南五采区轨道大巷围岩变形进行分类。L1、L2、L3、L5巷段顶底板移近量最大值在200～600mm 范围内，属于Ⅳ类“不稳定围岩”；L4、L6巷段顶底板移近量达600～1000mm，属于Ⅴ类“极不稳定围岩”，该种围岩具有巷道变形量大、围岩破碎严重、支护起来非常困难等特点。

3 轨道大巷围岩加固技术

为恢复南五采区轨道大巷的使用，满足采区运输工艺及安全的断面要求，需对巷道进行卧底，恢复巷道的净高和净宽。现场勘查情况表明，南五采区轨道大巷底板基本处于浸水破碎状态，地下水的浸泡是底板严重变形的关键因素。为防止底板渗水，卧底后需进行铺底，采取底板浇筑、两帮顶板喷射混凝土的措施，提高巷道表面的强度。对于局部围岩变形破裂出现的明显裂口，采用水泥砂浆充填严密，能够起到防止注浆时浆液渗漏的作用[4]。对于轨道大巷的“不稳定围岩”巷段采取“卧底+铺底+排水+注浆”补强方案。对于“极不稳定围岩”条件下的巷段，巷道顶板和两帮围岩破碎严重，原有支护方案基本已完全失效，因此在底板注浆的基础上，设计采用注浆锚索对顶板和两帮进行加固。

根据以上研究成果可知，南五轨道大巷变形严重的240m 范围内均需要“卧底+铺底+排水+注浆”进行加固，底板采用注浆管进行注浆。注浆孔直径为33mm，注浆孔深为3000mm，注浆管直径为28mm，长度为2500mm，注浆孔间排距为1500×2000mm。靠近两帮的注浆孔紧贴底角布置，并向巷道外侧倾斜30°钻进，靠近巷道中部的两排注浆孔垂直向下施工。采用马丽散进行封孔，封孔长度不小于30cm。采用水泥—水玻璃双液浆，水泥浆液水灰比为1:0.3，水泥浆和水玻璃浆体积比约为3:2，注浆压力为1.5～3.0MPa。底板注浆锚杆的布置详情如图2 所示。

图 2 底板注浆加固示意图

图 3 轨道大巷顶板和两帮围岩注浆加固示意图

4 现场应用效果

对L1、L2、L3、L5“不稳定围岩”巷段采取底板“卧底+铺底+排水+注浆”的加固措施，对L4、L6“极不稳定围岩”巷道采取底板注浆+顶帮锚索注浆的加固措施。由于现场工期进度缓慢，测点1、2 均布置在“不稳定围岩”段，如图4 所示。轨道大巷围岩位移规律如图5 所示。矿压监测初期，巷道底板的变形速度较大，随着监测时间的增加，底板变形速度逐渐减小并最终趋近于零。为期60d 的矿压观测期间，测站1、2 底鼓量累计分别为129.6mm、97.4mm，底鼓量很小，不影响巷道的正常使用，说明通过底铺底+注浆的控制技术，一定程度上控制了该类浸水地板软岩巷道的底鼓变形。

图 4 围岩位移监测点布置

图5 轨道大巷围岩位移规律