矿井回采巷道综合加固技术研究

白玉峰

（山西焦煤西山煤电晋兴能源公司斜沟煤矿，山西 兴县 033699）

随采深增加回采巷道围岩呈强度低、稳定性差等特点，围岩变形量大以及控制困难成为制约煤炭安全回采的重要方面[1-2]。对于不稳定围岩巷道加固技术，众多的研究学者对巷道加固技术展开研究，其中杨永刚等[3]在对巷道围岩侧向支撑应力分布、瓦斯抽采钻孔施工等因素综合分析基础上，提出采用高强度锚索组合方式对围岩进行控制，并取得较好的围岩加固效果；李树清等[4]提出采用注浆方式加固巷道围岩，并依据现场实际情况提出将浅部、深部注浆相结合，有效改善了围岩力学性质；张继[5]提出使用高水材料进行浅部岩层注浆、中空注浆锚索进行深孔注浆，实现了巷道围岩稳定。文中就在上述研究成果基础上，针对山西某矿23011巷围岩变形量过大问题，提出综合加固方案并进行现场应用，有效控制了回采巷道围岩变形。

1 工程概况

山西某矿23011巷为2301综采工作面运输巷，巷道为矩形断面（净宽、净高分别为5 000 mm、3 800 mm，净面积S=19 m2），巷道长度1 095 m，沿煤层底板掘进。3号煤层顶底板岩性以砂质泥岩，泥岩为主，本身强度较低，裂隙较为发育。3号煤层平均厚度为3.8 m，煤层倾角为2°~9°，裂隙发育，硬度为0.5~1.3。23011巷受到临近回采工作面采动动压以及区域地质构造影响，围岩出现较大程度的变形（围岩变形以巷帮收敛为主），从而在一定程度上制约巷道的正常、安全使用。

2 巷道综合加固技术方案

为了提升23011围岩强度、降低围岩变形量，提出在巷道采用综合加固技术，具体加固内容包括有巷帮预注浆、围岩喷浆、预应力锚索补强等方式[6]。

2.1 巷帮预注浆

由于23011巷帮煤体较为破碎且本身硬度较低，从而导致巷道巷帮出现较大的收敛。采用钻孔窥视技术对巷帮煤体裂隙发育情况进行窥视，发现距离巷帮4~5 m范围内裂隙均较为发育，此位置煤体无法给巷帮锚杆提供足够的锚固力，在巷道刷扩时也容易出现片帮。为此，提出采用注浆方式加固巷帮。具体巷帮注浆钻孔布置方案为：

1）沿着巷道轴线在巷帮均匀布置水平注浆钻看，注浆孔布置形式为“迈步”式，注浆孔深度均为6.0 m，其中上、下排钻孔距离巷道顶板、底板间距均为0.9 m，两排钻孔间距均为2.0 m，钻孔排距均为6.0 m，钻孔孔径均为42 mm，垂直巷帮施工。具体钻孔开孔位置可根据现场施工情况进行调整，具体布置见下页图1。

图1 巷帮注浆钻孔布置示意图（m）

2）钻孔采用带42 mm钻头的风钻钻进。

3）钻孔注浆采用的浆液型号为联邦加固浆液，水灰质量比控制在0.6∶1.0~0.8∶1.0，对于巷帮煤体特别破碎区域，可适当降低水灰比；当巷帮裂隙不发育、注浆较为困难时可适当增大水灰比。

4）注浆钻孔封孔深度控制在0.5~0.8 m，注浆孔进行封孔时可将水灰比质量调整至0.6∶1.0~0.7∶1.0。

5）钻孔注浆采用全长一次注浆方式进行施工。具体巷帮注浆系统结构见下页图2所示。

图2 巷帮注浆系统结构

2.2 巷帮起低刷扩

待对巷帮预注浆完成后进行必要的起底刷扩，根据现场巷帮围岩变形情况在刷扩时限采用风镐进行扩帮，后采用掘进机进行巷帮刷扩、起底后确保巷道断面满足现场需要。

待对巷道进行刷扩完成后对巷道原有的锚索（间排距均为1 000 mm）进行重新张拉，作为巷道的临时支护。采用Φ6.5 mm钢筋按照100 mm×100 mm网孔制作金属网片，对巷道围岩进行控制，邻近的金属网片搭接距离控制在100 mm以上，并使用双股钢丝（16号铁丝）连接，联网间距100 mm。

在现场刷扩时为确保围岩稳定，每次刷扩距离均应控制在2.0 m以内，刷扩完成后应立刻对巷道原有的锚索进行张拉。待刷扩段支护完成后方可进行下一区段巷道刷扩。在对巷道围岩进行刷扩时应注意观察巷道围岩变形情况，当出现异常时应立即停止作业并采取适当措施控制围岩变形。

2.3 围岩表层喷浆

对巷道围岩进行喷浆，从而降低水以及空气对围岩软化作业效果。喷浆应从巷帮到底板缓慢进行，具体采取的喷浆参数为：采用的喷浆层厚度控制在100 mm左右，浆液强度为C20，喷浆完成后表面应平整，避免出现蜂窝等情况；喷浆时采用的混凝土按照下述配比进行，配比为，m（水泥）∶m（石粉）∶m（黄沙）=1∶2∶1，水灰质量比为0.45∶1.00；在进行喷浆前在搅拌好的混凝土中按照水泥用量的4%添加速凝剂。

2.4 顶板及巷帮补强锚索

对巷道巷帮注浆、刷扩以及表层喷浆完成后，采用预应力锚索对围岩进行补强支护，具体补强锚索布置设计见图3所示。在巷帮施工的补强锚索预紧力均应控制在250 kN以上，从而提高对顶板岩层以及巷帮煤体变形控制效果。

图3 顶板及巷帮补强锚索布置示意图

2.5 围岩加固效果分析

待对23011巷围岩进行综合加固后，对巷道围岩变形量进行监测。在监测期间（共计30 d），顶底板以及巷帮围岩变形量最大分别为102 mm、53 mm，取得较好的围岩变形控制效果。同时在对巷道围岩加固期间，未出现煤壁片帮、顶板冒落等情况。

3 结论

1）23011巷围岩变形量较大的主要原因是受到邻近的回采工作面采动影响以及巷帮煤体本身强度较低、裂隙发育。为此，提出采用综合加固技术对巷道围岩进行控制。

2）针对23011巷围岩变形以巷帮收敛为主特点，提出采用预注浆方式加固巷帮，从而为后续的锚杆（索）支护以及巷帮刷扩等提供良好条件；采用喷浆方式及时封堵围岩表层裂隙，避免在空气、水等影响下导致围岩软化；采用预应力锚索对顶板及巷帮进行补强，可有效控制围岩变形。现场应用后，23011巷顶底板以及巷帮围岩变形量最大分别为102 mm、53 mm，取得较为显著的综合加固效果。