大断面巷道过陷落柱期间的技术研究与实践

马卫波

（潞安化工集团 古城煤矿，山西 长治046100）

煤矿井下大巷延伸时，不可避免地会揭露不同类型的地质构造，尤其大断面巷道通过陷落柱区域时，陷落柱影响区内顶板岩石破碎，裂隙纵横，出水量多，锚杆（索）锚固端岩性不稳定，成为过陷落柱期间巷道顶板管理的关键问题。本文以古城煤矿西翼辅运大巷穿越前方X18陷落柱为背景，对巷道陷落柱影响下的顶板加强支护进行探讨。

1 工程概况

古城煤矿西翼辅运大巷沿煤层顶板掘进，巷道断面为矩形，设计掘宽6 300 mm，掘高4 950 mm，净宽6 000 mm，净高4 500 mm。巷道掘进至里程1 256.942 m处时迎头岩性发生突变，岩石胶结淋水，裂隙纵横交错，锚杆（索）锚固端岩性松软，锚固效果极差，给巷道顶板安全带来了较大危险。西翼辅运大巷担负着西翼盘区的材料与行人的运输任务，为保证西翼辅运大巷能够安全快速通过X18陷落柱，确定施工方案。

2 施工方案

依据地测部对前方地质构造的预测预报，在揭露陷落柱前对巷道前方陷落柱情况进行多维、放射状勘探，探明前方X18陷落柱产状、出水情况以及影响范围。陷落柱产状为不规则锥形，水平切面上呈椭圆形，长轴约68 m，短轴约54 m，岩石排列紊乱，岩块大小混杂，岩石之间布满岩粉、煤粉和各种粘土胶结，胶结性极差，掘进过程中极易出现巷道高顶、片帮等现象，导水性好，出水量达到25～30 m3/h，无压力。西翼辅运大巷恰好处在X18陷落柱核心影响区，影响范围为1 256～1 324 m。

2.1 长距离钻孔控制陷落柱出水量

根据陷落柱的出水特征，决定对陷落柱的突水点进行先排水后堵水的治水方法。先在陷落柱突水位置施工长距离钻孔，先利用大流量水泵强行排水，将陷落柱突水点的水量排放至可控范围内，待到出水量有明显减少或控制在5 m3/h以下后，为增加陷落柱突水点及其周围岩层和隔水层的强度，彻底切断陷落柱突水点和掘进工作面的导水通道，在钻孔口加装法兰盘，向钻孔与前方胶结岩体内注水泥-水玻璃进行注浆堵水。

注浆孔长度取80 m，注浆压力取1～2 MPa。

注浆设备与孔口管：注浆机选用PIH-22-75/45液压双液型注浆泵，注浆机及管路系统满足设计最大注浆压力和流量要求，孔口管采用φ108 mm×4 mm无缝钢管加工，每根加工长度3.0 m，防止钢管在孔内滑动，钢管中部电焊麻点，钢管上部焊高压法兰盘。

注浆材料选择：水泥浆浆液浓度为2∶1、1.5∶1、1∶1和0.8∶1，根据压水试验选择浆液初注浓度，选用40波美度的商品水玻璃。

注浆顺序采用先稀浆、后浓浆逐级加浓的原则进行浆液浓度的变换，起到长距离注浆堵水的效果。

2.2 联合支护掘进施工

为保证巷道断面受力均匀与稳定，特将原巷道矩形断面变更为直墙半圆拱形，巷宽5 800 mm、巷高5 300 mm，直墙高2 400 mm、拱高2 900 mm。锚杆采用型号为HRB500/φ22×2 400 mm高强无肋螺纹钢锚杆，间距为800 mm，排距由1 000 mm加密为800 mm，间距不变。

锚索采用规格为φ18.3 mm×8 300 mm高强钢绞线锚索，布置方式由“3-4”加密为“4-4”，间距为1 600 mm。锚索排距由1 000 mm调整为800 mm，间距不变。

U型钢采用U29型，棚距为800 mm。梁腿搭接500 mm，钢棚使用卡兰进行紧固，卡兰安设在钢棚接口处，每个卡兰螺丝扭矩力为300 N·m，钢棚支护滞后工作面不得大于5 m。每架棚使用拉杆进行连锁加固，并在梁中部、梁腿搭接处下方200 mm处、腿部距底1.3 m处打设锁棚锚杆进行加固（锁棚锚杆抱箍采用12号槽钢加工而成）。空帮空顶处必须使用枕木、木楔等将棚背背实，枕木规格：150 mm×150 mm×1 200 mm，木楔规格：100 mm×100 mm×250 mm，方底斜楔。

图1 巷道断面支护Fig.1 Supporting of roadway section

2.3 注浆锚索加固围岩

待架棚工作结束不久，部分U型棚棚腿出现收敛变形，待巷道围岩基本稳定后，立即对陷落柱影响段的巷道进行C20混凝土喷浆封闭，在原锚杆排距处打设注浆锚索，进一步加固巷道围岩强度，充分封堵巷道顶板淋水、根本上解决巷道顶板安全，减小巷道变形量。

2.3.1 注浆参数确定

用注浆锚索+水泥注浆加固，采用规格为φ22 mm×8 300 mm的注浆锚索，采用PO42.5 MPa普通硅酸盐水泥，水灰比为0.6～0.8∶1，注浆钻孔采用φ30金刚石钻头。注浆锚索打设采用3-2布置，间排距1 600 mm×800 mm；遵循由低到高，逐排逐孔的顺序进行注浆；注浆泵压力控制在2～3 MPa。

2.3.2 注浆施工流程

（1）在需要注浆加固的影响段按照设计打设注浆锚索若干。

搭设好稳固的作业平台—标记钻孔位置—搭架、架设钻机，调整角度打孔—钻孔完毕，退出钻杆、钻头—压风排渣—将锚固剂（一短两长）推至孔底—开启钻机、边顶推边搅拌锚索—等待10 min后开始涨拉注浆锚索；

（2）注浆锚索打设一定数量后开始注浆，打设注浆锚索与开始注浆之间要间隔至少24 h。

注浆锚索头连接注浆系统—制备水泥浆—开泵注浆→注浆至终压稳定在4 MPa或者出现漏浆、跑浆等→停泵，关闭孔口阀→拆除注浆系统，移至下一个注浆锚索，单孔注浆结束。

3 支护效果分析

过X18陷落柱期间，在揭露陷落柱后10 m位置布置一组巷道表面位移测站，现场实际观测数据可知，巷道从掘进到稳定期间顶板下沉量180 mm，底鼓量350 mm，两帮移近量448 mm，随后巷道基本趋于稳定，没有再出现U型棚腿收敛的情况，大大降低了巷道返修率。

采用联合支护于滞后注浆锚索加固围岩后，巷道围岩的自承载能力大大得到提高，呈现均匀变形的趋势，巷道整体的稳定性得到了提高，说明采取的支护设计有效合理，取得了较好的围岩控制效果。

4 结 论

（1）先排水、后注浆堵水相结合方法治理过陷落柱期间巷道涌水，为同类条件下的井下出水巷道防治水技术提供一定的参考。

（2）西翼辅运大巷过X18陷落柱期间，提出了先控制陷落柱出水量，后采用锚网索+U型棚+注浆锚索的联合支护方法控制巷道围岩，保障了西辅运大巷过陷落柱期间的施工安全高效。

（3）采用注浆锚索注浆方法补强巷道围岩，巷道围岩的自我承载能力得到提升，巷道出现均匀变形的趋势，围岩变形得到了有效控制，能够保证陷落柱影响下的巷道围岩的长期稳定，具有重要的推广意义。