多重应力作用下变形巷道加固技术应用分析

侯 波

（晋煤集团质监站， 山西 晋城 048006）

井下采掘施工中会破坏煤岩体原岩应力平衡状态，当多个采掘工作面集中采掘施工时，会对采掘工作面附近煤岩体及巷道产生集中应力破坏作用，当集中应力大于巷道围岩支护强度时，围岩出现不同程度的破坏作用；所以分析不同条件下的巷道变形破坏机理，在变形初期采取科学有效的加固措施[1]，能够阻止巷道进一步破坏，减少后续工作量，提高煤矿生产效率。本文通过对寺河矿东四盘区西翼回风一巷采动动压分析，结合变形后采取的补强措施及效果，提出多重应力下巷道未变形或变形初期对巷道实施补强预加固的措施，从而有效阻止巷道破碎变形现象。

1 东四盘区西翼的概述

东四盘区西翼中部回风一巷设计长度为2 400 m，巷道断面规格为宽×高=5.0 m×3.8 m；巷道以东为东翼大巷及4304 综采工作面回采区域，以南分别为回风二巷、4305 工作面，以北为西翼中部胶带巷。

回风一巷回采煤层为二叠系下统山西组下部的3 号煤层，煤层平均厚度为6.13 m，煤层倾角为平均6°，巷道沿3 号煤层底板东西走向布置；3 号煤层伪顶主要以灰黑色炭质泥岩为主，平均厚度为0.3 m；直接顶主要以灰黑色砂质泥岩为主，平均厚度6.4 m；老顶主要以黑灰色粉砂岩为主，平均厚度为7.5 m受4305、3313 工作面回采动压影响，巷道变形比较剧烈，并出现顶板下沉、底鼓、帮鼓现象，尤其在交岔点附近区域变形表现尤为突出。主要表现在：顶板下沉严重，最大下沉量达0.45 m，且局部区域顶板出现倾斜跨距；底鼓现象严重，最大底鼓量达0.89 m；巷帮维护难度大，巷帮塌方严重，成型效果差等，导致巷道二次维护难度大，维修周期长，且不利于巷道安全施工。

2 巷道变形特点及变形机理

2.1 巷道变形特点

1）巷道后期变形量大。巷道掘进初期不收采动影响或采动影响小，随着工作面不断回采，巷道四周采空区及回采工作面数量增加，巷道受多重应力影响大，导致巷道后期围岩变形严重[2]。

2）巷道围岩存在长期性变形特征。巷道在多重应力作用出现围岩蠕动变形，且蠕变存在时间效应，随着时间推移蠕变现象逐渐降低，但对巷道围岩仍存在破坏作用，直至蠕变现象消失。

3）巷道底鼓严重。巷道受多重应力后顶板先出现下沉、破碎现象，随着应力加大，集中应力沿帮部煤柱传递至底板，软岩底板在两侧垂直应力剪切作用下，底板中部出现严重底鼓现象[3]。

2.2 巷道变形机理

1）4305、3313 两个工作面回采动压影响。4305工作面与3313 工作面为对拉工作面，两个工作面在回采至停采线10 m 处，在回风一巷处产生超前应力，在两个超前集中应力叠加作用下，导致回风一巷及其周边巷道变形严重。

2）东四西翼盖山厚度大，地应力高。从工作面的综合柱状图可以得出，西翼3 号煤层盖山厚度超过500 m，较东翼偏高，地应力因素影响显著。

3）瓦斯抽采破坏煤体稳定性。由于回风一巷及其他集中大巷在掘进前需进行煤层瓦斯预抽，巷道掘进期间瓦斯抽放钻孔数量多，而且在进行瓦斯抽采时会对煤体产生卸压作用，导致煤体内产生复杂裂隙[4]，并且随着裂隙延伸扩展致使裂隙出现贯通现象，从而破坏了煤体稳定性。

4）局部巷帮锚杆支护系统整体完整性丧失：在应力破坏作用下巷帮出现片帮现象，片帮锚杆加固件（如小钢带、钢方垫等）失去预紧加固作用，从而导致锚杆支护失效，在联锁作用下巷帮破坏更加严重，当巷道两帮产生大变形破坏时，巷帮支承作用力降低，造成顶板承载梁破坏，引起顶板断裂现象。

3 注浆加固技术应用

3.1 注浆加固材料选择

1）回风一巷注浆材料主要采用的是联邦无机加固材料，该材料属于新型地质聚合物注浆材料，且主要以无机矿粉为主，在进行配料时水灰比为1.2∶1.0，保证煤体注浆后在10 d 范围内净浆煤体抗压强度不低于12 MPa。

2）联邦无机加固材料性能主要表现为快凝、早强型、高渗透性等特性，凝结时间和胶结强度可根据水灰比进行相应调节[5]。

3.2 巷帮注浆施工

1）针对巷道在不同区域变形程度不同的特点，采用巷帮单侧注浆和巷帮两侧注浆的方式进行对巷道进行加固，其中，对于巷帮变形破坏严重区段，采用向巷道两帮注浆加固的方式。采用单侧、双侧分区域注浆的优点：能够保证提高巷道整体稳定性的前提下，减少注浆钻孔的施工量，提高注浆效率。

2）巷帮主要采用浅孔注浆方式，每排施工3 个钻孔，钻孔间距为1.2 m，第一个钻孔位置距顶板间距为0.5 m，钻孔深度为3.0 m，排距为5.0 m，钻孔直径为45 mm；顶底板两个钻孔分别以10°仰俯角布置，如图1 所示。

图1 回风一巷注浆钻孔布置示意图（mm）

3.3 顶板注浆施工

1）顶板注浆钻孔主要采用深浅孔交替布置方式，浅孔每排布置两个，钻孔深度为3.0 m，钻孔间距为3.0 m，钻孔排距为5.0 m；深孔钻孔每排一个，施工在相邻两排浅孔钻孔中间，钻孔深度为8.0 m，排距为5.0 m，如图1 所示。

2）在破碎顶板进行钻孔施工时，为了提高钻孔成型率，破碎区域钻孔段安装护孔管，每节护孔管长度为0.5 m，直径为43 mm，在护孔管上均匀布置直径为10 mm 渗液孔。

3.4 底板注浆施工

1）受强烈动压影响，大巷部分地段底鼓剧烈，底鼓量达到1 000～1 500 mm，这主要是由于底板无支护造成的。由于底鼓量大，行人、运输、加固巷道等比较困难，首先要对巷道进行起底工作，保证足够的通风断面。

2）采用起底的方法不能彻底解决底鼓问题，而且导致两帮收敛进一步增大。因此起底工作结束后要对巷帮和底板进行注浆加固，并采用注浆锚索进行补强支护。

3）底板每排布置三根注浆锚索，锚索长度为4.0m，直径为17.8 mm，锚索间距为2.0 m，排距为3.0 m，锚索垂直底板布置，在锚索外露端安装一根长度为4.5 m 钢筋托梁并预紧，然后对锚索钻孔插入注浆软管并进行注浆施工，保证锚索全长锚注。

4 结语

对回风一巷注浆加固后分别在巷道围岩安装位移监测仪，并对顶板安装了LBY-3 型顶板离层指示仪，通过30 d 巷道围岩变形情况观察发现，变形巷道采取注浆加固后，控制了巷道两帮破碎、片帮现象，两帮移近量控制0.25 m 范围内；顶板稳定性得到有效提高，顶板网上8 m 范围内未出现离层现象；底板鼓起量控制在0.3 m 以下，大大提高了巷道成型率，取得了显著应用成效。