地质构造影响松软破碎巷道围岩注浆加固技术研究

摘 要：为了降低地质构造带破碎围岩对巷道掘进影响，以1608运输巷掘进为工程研究对象，提出采用注浆加固方式提高围岩承载能力及稳定性，避免掘进过程中出现顶板冒落，采用锚网索+钢棚方式对围岩进行控制。现场应用后，巷道掘进过断层破碎带时未出现冒顶征兆，顶板、巷帮位移量分别控制在92mm、53mm以内，确保了巷道掘进安全。

关键词：地质构造;破碎带;巷道掘进;注浆加固

随采深增加煤炭赋存条件更趋复杂，巷道掘进过程中受地质构造影响更为显著，不仅制约巷道掘进效率而且会给巷道围岩控制带来不利影响[1]。确保地质构造影响附近破碎围岩控制已成为煤炭生产过程需要解决的关键问题之一[2～3]。众多学者提出采用管棚、锚杆预加固、耦合支护等方式对破碎围岩进行控制，取得一定的成果，但对松软破碎围岩控制仍需进一步研究[4～6]。

1 工程概况

某矿1608运输巷标高为+1080m，主要用于1608采面运输，巷道位于1508综采工作面西侧200m位置，西侧为盘区集中运输、回风巷。1608运输巷周边无采掘作业面。巷道沿着3#煤层底板掘进，3#煤层厚度平均3.5m、倾角6°。1608运输巷掘进至105m时遇到F21断层（H=3.9m，123°∠42°），该断层与巷道掘进方向按25°斜交。1608运输巷设计断面为直墙半圆拱，断面积为10.4m2。文中就对1608运输巷过F21断层破碎带注浆加固技术展开研究。

2 断层破碎带注浆加固研究

2.1 围岩变形破坏机理分析

在F21断层影响下围岩破碎，当1608运输巷掘进至断层破碎带附近时，上覆岩层应力在掘进迎头与断层煤柱间应力集中，巷道容易出现底鼓、顶板下沉以及巷帮收敛等问题。当巷道继续掘进，穿过断层破碎带时，在高应力作用下巷道围岩容易出现大变形，严重时会出现顶板冒落问题。当巷道掘进通过断层破碎带后巷道顶板内应力较高，由于1608运输巷顶板为坚硬的K2灰岩，顶板应力会通过巷帮向底板转移，从而使得巷帮变形量过大、底板底鼓。因此，文中采用注浆加固方式提高使得断层破碎带内围岩形成一个整体，提高整体承载能力，降低围岩变形，为巷道掘进创造良好条件。

2.2 围岩注浆加固

2.2.1 注浆孔设计

根据1608运输巷掘以及F21断层赋存条件推断得此，F21断层破碎带长度约为48m，为了确保巷道掘进安全，采用预注浆方式提高围岩稳定性。具体在巷道顶板向着推进方向布置5个注浆钻孔，注浆加固长度共计60m，布置的注浆孔孔深4500mm、孔径45mm，具体布置见图1。

2.2.2 注浆浆液

为了降低注浆加固成本，采用水泥浆进行注浆，水泥为普通硅酸盐水泥。水灰比=0.75～2：1，在水泥浆中参加一定量水玻璃提高浆液流动性、强度及和易性，具体水泥浆液中水泥、水玻璃比例为1：1，水玻璃选用浓度为35～42Bé。在注浆过程中注浆浆液水灰比配比见表1，具体水灰比调整根据现场注浆情况调整。

注浆时注浆压力缓慢增加，正常保持在0.5～1MPa，终压按照2.0MPa执行。根据经验当围岩变形量达到30mm时表明围岩内松动裂隙发育范围已达1500mm以上，此时为最佳注浆实际，可确保注浆浆液扩散范围达到2000mm。

2.2.3 注浆量

注浆选用型号QB152注浆泵及搅拌桶，采用型号MLX50-27-32Z中空注浆锚杆注浆。起始注浆时注浆压力稳定在0.5～1MPa，由于断层破碎带内裂隙发育且围岩强度较低，因此，将终压从2MPa提升至5MPa。1608运输巷过F21断层破碎带时总注浆量可通过下式计算：

其中：Q为总注浆量（m3）;A注浆浆液消耗系数（无量纲）;H为注浆加固范围（m）;R为注浆浆液有效扩散半径（m）;N为断层破碎带围岩孔隙率（%）;β为充填系数（无量纲）;m为结石率（%）;N为注浆孔数（个）。

根据1608运输巷实际情况，H=60m、A=1.5、R=1.45m、

n=5%、β=0.95、m=85%、N=5，将上述参数带入公式（1）计算求得Q=1975m3。

2.3 其他支护措施

2.3.1 超前支护

在1608运输巷与F21断层交汇前约15m位置时，在断层影响在围岩已注浆破碎，因此，采用通过布置超前锚网索对围岩进行控制;待巷道掘进至断层前5m时开始减少锚网索间距，提高围岩支护强度。

巷道顶板、巷帮采用规格Φ20×2200mm、Φ18×2200mm螺纹钢锚杆，间距1200mm。

全面断面挂金属网，网片间搭接距离控制在100mm左右。锚索规格为Φ18.9×6500mm，间距1600mm。

2.3.2 架棚支护

巷道过断层破碎带时在高应力作用下围岩破碎，局部区域会出现较大变形，为了确保围岩稳定，采用钢棚对围岩进行控制。具体采用U29型钢支架（规格5500mm× 4700mm）对围岩破碎区域进行加固，当巷道掘进后立刻进行初喷（厚度50mm），随后采用U29型钢支架控制围岩。钢棚间通过拉杆（φ16×1160mm圆钢）连接，棚梁、两个棚腿各2根。

3 加固效果检验

在1608运输巷过F21断层破碎带时采用注浆加固技术，并结合锚网索、架棚方式对围岩进行控制。在巷道内布置测点对围岩控制情况进行监测，具体结果见图3。

从图中看出，在巷道支护初期围岩变形量较大，支护完成30d后围岩变形量显著降低，支护完成45d后围岩变形基本趋于稳定。最终巷道顶板、巷帮变形量分别稳定到92mm、53mm，巷道掘进期间未出现顶板冒落问题。表明，注浆加固为巷道掘进提供了良好条件，可确保巷道掘进安全。

4 总结

①1608运输巷过F21斷层时，由于受到断层影响围岩破碎、应力集中，若采用常规的锚网索方式控制围岩顶板出现冒顶可能性较大，会给巷道掘进安全带来不利影响。为此，提出采用预注浆方式对掘进工作面前方破碎煤岩体进行加固，从而提高煤岩体稳定性;

②注浆后采用锚网索、钢棚对围岩进行支护，现场应用巷道掘进期间未出现冒顶征兆，围岩变形量较小。表明，文中提出的注浆加固方案可为巷道掘进过断层破碎带提供良好条件，可确保巷道掘进安全。

参考文献：

[1]张立生.松软破碎巷道围岩注浆加固支护技术[J].山东煤炭科技，2020（07）：38-39.

[2]梁苗，王辉，张磊，褚海艳.松软破碎岩层大断面硐室定位注浆加固技术研究[J].煤炭工程，2020，52（02）：38-41.

[3]卫晓勇.松软破碎围岩巷道掘进与支护技术研究[J].能源与节能，2019（06）：131-132+147.

[4]娄东旺.松软破碎顶板煤巷支护技术应用[J].技术与市场，2018，25（07）：148+150.

作者简介：

王伟（1986- ），男，山西省灵石县人，2013年1月毕业于太原理工大学，采矿工程专业，本科，现为工程师。