深部构造应力作用下破碎围岩注浆加固技术研究*

申瑞屏

（山西晋煤集团沁水胡底煤业有限公司，山西省晋城市，048000）

深部构造应力作用下破碎围岩注浆加固技术研究*

申瑞屏

（山西晋煤集团沁水胡底煤业有限公司，山西省晋城市，048000）

分析了胡底矿辅助运输大巷的失稳破坏机理，认为构造应力作用、泥岩风化、采动影响及围岩流变是造成巷道围岩破坏的原因。提出了采用高强高预紧力注浆锚索和注浆加固联合支护技术加固围岩。现场应用表明采用联合支护技术后，不但有效控制了辅助运输大巷的失稳破坏，还限制了围岩的长期流变，从而保持了巷道的长期稳定。

深部巷道 构造应力 深部围岩 注浆加固 高预紧力锚索 破碎围岩

1　工程概况

胡底煤矿辅助运输大巷地层属于石炭二叠纪，辅助运输大巷布置在距3#煤层约20～40 m的顶板岩层中，巷道围岩以泥岩、粉砂质泥岩和石英砂岩为主，层位结构复杂，层理发育，胶结性差，易风化。辅助运输大巷埋深450～730 m，平均613 m，采用水力致裂法对该区域的地应力进行了测试，水平主应力最大值为18.34 MPa，最小值为15.04MPa，垂直应力为14.42 MPa，在量值上应力场属于中等偏高应力值区域，以最大水平主应力（σH）大于最小水平主应力（σh）大于垂直主应力（σV）型应力场为主，区域构造应力占优势。辅助运输大巷埋深650 m以下时，在强构造应力作用下，巷道变形严重，巷道两帮最大移近量达到1500 mm，顶底板移近变形量最大达到2500 mm，主要表现为巷道帮、顶板喷层大面积开裂，部分开裂严重处喷层脱落，局部区域拱肩，板顶出现锚杆、锚索破断，底鼓达到2200 mm。目前针对已经变形破坏巷道主要采用锚索、挂网喷进行补强支护，但控制巷道变形效果不佳。因此，必须对胡底矿辅助运输大巷失稳破坏区域进行研究，从而提出更加科学合理的支护加固方案，争取一次性解决此类巷道的支护难题。

2　高强高预紧力和注浆加固联合支护技术

2.1巷道围岩破坏原因分析

（1）胡底煤矿辅助运输大巷布置在3#煤层上部20～40 m的顶板泥岩中，泥岩易风化，风化的泥岩在构造应力影响下，泥岩内部裂隙张开、扩展及贯通，从而形成巷道围岩的碎胀变形。

（2）多条大巷相互影响。有5条大巷平行掘进，净煤柱20 m。掘进过程中，大巷之间相互采动影响，由于煤柱尺寸较小，导致巷道之间的集中应力较大，也使巷道围岩塑性区范围扩大，导致围岩物理力学性能降低。

（3）巷道围岩持续变形时间长。由于围岩的流变性，巷道挖掘半年时间围岩还不能保持稳定。围岩的流变主要决定于所处的复杂地应力环境和泥岩自身的流变特性。由于辅助运输大巷围岩破裂范围大，锚杆和锚索锚固范围内围岩的完整性差，强度低，再加上构造应力和集中应力的影响，使巷道围岩表现出很强的流变特性，巷道稳定性长期无法保持稳定。

2.2巷道围岩稳定控制技术

（1）注浆加固技术主要是通过向巷道破碎围岩中注入水泥浆液（或化学浆液），浆液有效充填围岩中的裂隙，将裂隙岩体粘接成整体，有效提高裂隙岩体的内摩擦角、内聚力和整体强度，使破碎围岩的变形不再由裂隙岩体控制，而变为由强度更高的完整性岩体控制，注浆加固所形成的巷道完整围岩强度高，其自承载能力比较大，从而可以保持巷道围岩的稳定，避免巷道围岩出现流变特性。

（2）破碎围岩中注浆加固技术通常与预应力锚固技术联合采用，由于在软岩巷道中，锚杆和锚索等支护材料的锚固力无法满足高预紧力的要求，这时就可以通过注浆加固将破碎软弱围岩粘结为一个整体，为锚网索支护提供一个可以锚固的基础，从而保证高预紧力可以有效地扩散到围岩深部。注浆后，高预应力锚杆和锚索形成了全长预应力锚固，可有效控制围岩的裂隙张开、滑动，从而有效控制了围岩的扩容变形，保持了巷道的长期稳定。

3　工程应用

3.1辅助运输大巷围岩支护设计

通过对辅助运输大巷变形破坏机理分析，结合目前巷道围岩控制技术，认为辅助运输大巷支护应采用注浆加固和高强、高预紧力注浆锚索联合控制技术。

3.1.1底板预应力注浆锚索

底板采用规格为ø22 mm×7300 mm的注浆锚索，锚索间排距2050 mm×2000 mm，端部采用水泥灌浆锚固。灌浆锚固长度2000～3000 mm，预留第二次注浆张拉预紧段，灌浆完成7 d后水泥注浆。每排锚索之间加装ø20 mm钢筋梯梁，锚索预紧力不小于200 k N。

3.1.2浅孔和深孔注浆加固

辅助运输大巷帮部和顶部采用浅孔和深孔交替布置方式进行围岩注浆，浅孔和深孔采用三花眼布置。浅部注浆孔间排距2000 mm×3000 mm，钻孔深度3000 mm，钻孔孔口安设注浆管，孔内安设射浆管，射浆管长度为2000 mm，注浆终止压力为2～3 MPa，当达到终止压力时，钻孔吃浆量较小，则停止注浆，若相反，则继续注浆，注浆压力不宜过高，避免压裂巷道围岩喷层。

辅助运输大巷深孔注浆间排距与浅孔相同，钻孔深度5000 mm，全部钻孔采用埋孔口注浆管，孔内下射浆管，射浆管长度4000 mm，全长一次注浆施工，注浆终止压力4～6 MPa，根据现场情况可以进行适当调整。

3.1.3帮顶预应力注浆锚索支护

浅孔和深孔注浆加固完成后，在巷道帮顶打设预应力注浆锚索进行加固。顶部和帮部采用规格为ø22 mm×7300 mm注浆锚索，间排距2000 mm× 2000 mm，采用3支锚固剂，其中1支规格为MSK2335型，另两支规格为MSZ2360型，采用树脂端部锚固，树脂锚固长度为1970 mm，其余部分用水泥浆锚固，锚索预紧力不小于250 k N。

3.2支护效果分析

为了验证支护设计方案的科学性，对辅助运输大巷试验区域的巷道围岩变形情况进行了监测，监测结果表明，巷道加固初期围岩变形速率较快，但随着时间的延长，围岩变形速率明显降低，20 d后围岩变形逐渐趋于稳定，巷道稳定后顶底板移近量和两帮移近量仅为31 mm和21 mm左右，与未采用该加固方案相比，巷道围岩变形量明显降低。这说明采用注浆加固和高强、高预紧力注浆锚索支护方式后，有效限制了围岩的长期流变，很好地保持了巷道的长期稳定。

4　结论

（1）胡底煤矿辅助运输大巷深部围岩失稳破坏的主要原因是由于泥岩内部裂隙扩展、风化、相互贯通等形成的不连续变形、多条大巷掘进造成的相互采动影响及围岩恶劣的应力环境和围岩自身的流变性能造成的。

（2）结合辅助运输大巷围岩破碎失稳机理，提出了高强高预紧力和注浆加固联合支护技术。现场实践表明辅助运输大巷采用注浆加固技术和高强、高预紧力注浆锚索支护方式后，不但抑制了围岩的碎胀变形，还控制了围岩的长期流变，使巷道长期保持稳定，对同类型巷道的支护设计具有一定的指导意义。

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Research on grouting reinforcement technology in broken surrounding rock under deep tectonic stress

Shen Ruiping
（Hudi Coal Industrial Co.，Ltd.，Jincheng Anthracite Mining Group，Jincheng，Shanxi 048000，China）

The buckling failure mechanism of subsidiary main haulage roadway in Hudi Mine was analyzed，it showed that tectonic stress，mudstone weathering，mining influence and surrounding rock flowing deformation were the causes of surrounding rock failure.The combined supporting technology adopting grouting cable anchor with high-strength and high pre-tightening force and grouting reinforcement was put forward to strengthen the surrounding rock.Field application indicated that the combined supporting technology not only effectively controlled the buckling failure of subsidiary main haulage roadway，but also restricted the long-time flowing deformation of surrounding rock，so that kept the long-term stability of roadway.

deep roadway，tectonic stress，deep surrounding rock，grouting reinforcement，high pre-tightening anchor cable，broken surrounding rock

TD353

A

申瑞屏（1973-），男，山西沁县人，硕士学历，高级工程师，现任晋煤集团沁水胡底煤业有限公司总经理。

（责任编辑 张毅玲）

国家自然科学基金项目（U1261211），科技创新基金面上项目（2014MS037）