玉溪煤矿井底车场巷道底板加固技术研究

张启元

（山西兰花科创玉溪煤矿有限责任公司，山西 沁水 048000）

1 工程概况

玉溪煤矿位于山西省晋城市沁水县胡底乡玉溪村，3#煤层位于山西组下部，埋深约500～600 m，厚度5.12～7.20 m，平均5.85 m。该煤层厚度大且稳定，结构简单，全区可采，为稳定型可采煤层。直接顶为砂质泥岩，厚度平均为4.66 m，单轴抗压强度为35.9～65.8 MPa；基本顶为细-中粒砂岩，厚度平均为3.93 m，单轴抗压强度为79.9～91.2 MPa；底板为砂质泥岩，厚度平均为9.2 m，单轴抗压强度平均为36.7 MPa。3#煤层顶底板岩性及厚度见表1。

表1 玉溪煤矿3#煤层顶底板岩性

2 井底车场系列巷道底板加固方案设计及施工

井底车场巷道布置在距3#煤层约20 m的底板岩层中，巷道主要采用锚网喷支护。由于巷道围岩比较软弱，井底车场系列巷道（+320 m水平井底车场中清理撒煤巷道，进风井东部车场巷道，架空乘人器巷道，无轨胶轮车库，马头门）未加固的巷道底板出现不同程度的底鼓现象，底板变形严重处底鼓量达到600 mm，影响了巷道的安全使用。井底车场系列巷道布置如图1。

图1 井底车场系列巷道

根据现场生产、地质条件调查和围岩结构详查分析，井底车场巷道的支护强度偏弱，导致巷道产生变形破坏。巷道围岩压力大、结构破碎松软以及大量工程实践表明，单一的加固方法不能有效控制此类破碎围岩的长期蠕变及进一步破坏，对此类巷道加固工程应在恢复围岩内部结构完整性基础上，加强对巷道围岩的主动支护[1-2]。参考原有支护强度，结合大量的工程实践，在确保工程质量并尽量减小工程量的前提下，确定采用高压注浆配合强力锚索支护[3-5]的综合加固方案对玉溪煤矿井底车场系列巷道进行加固。对于已进行帮顶加固的巷道，帮顶围岩加固完毕，巷道要先进行起底，要求起底后巷道高度大于设计高度300 mm，巷道起底后再进行底板注浆加固。对于未进行巷道帮顶加固的巷道，巷道要先进行起底至大于设计高度300 mm，然后对底板进行加固，底板加固完成后，再对巷道帮拱进行加固。

加固方案如图2所示。巷道底板布置Ф22 mm×7300 mm预 应 力 注 浆 锚 索，间 排 距 为2000 mm×2000 mm，靠近两帮的底板锚索外扎10°～15°。为提升锚索的整体支护效果，在张拉前铺设Ф6.5 mm钢筋网。注浆材料选用水泥浆，添加剂选用XPM添加剂，用量为水泥重量的8%～10%，水灰比根据现场注浆情况在0.6:1～1:1范围内灵活调整。为保证注浆效果，共分两次注浆。第一次注浆，锚固锚索底端，注浆压力为0即可；在锚索张拉前进行第二次注浆，注浆压力保持在2～3 MPa范围内。

图2 井底车场系列巷道加固方案（mm）

加固施工工艺如下：

布孔→架设钻机并清理底板浮渣→打孔→送水排渣→钻孔完毕后退出钻杆、钻头→插入底板锚索至孔底→插入塑料注浆管、填入石粉→第一次灌浆7 L→抽出塑料注浆管，插入铝塑管→7 d后封孔、铺设钢筋网→安装托盘、球垫及锁具→张拉预紧→隔一天注浆至终压。

第一次注浆：向孔内插入4分白塑料管至孔底，填入粒径5 mm以下石粉少许。由管内灌注水泥浆7 L，抽出塑料管。然后，孔口插入长度4000 mm或5000 mm的注浆管（铝塑管A-1216），外露长度300 mm，水泥封堵孔口深度200～300 mm。

第二次注浆：第一次注浆7 d后进行第二次注浆，注浆压力2～3 MPa。

3 工业性试验

根据现场地质条件和巷道围岩变形严重程度调查，初步确定井底车场巷道需加固的范围为：井底车场清理撒煤巷道加固长度76 m，架车乘人器巷道加固长度43.4 m，无轨胶轮车库加固长度75 m，进风井东部车场巷道加固长度179 m，马头门巷道加固长度30 m。

将前述加固方案在上述井底车场系列巷道进行工业性试验。为验证方案加固效果，对加固后巷道围岩变形量及锚索受力进行现场监测。分别在清理撒煤巷道、架车乘人器巷道、无轨胶轮车库、进风井东部车场巷道及马头门巷道加固范围内布置各一个综合监测站，分别记为1#测站、2#测站、3#测站、4#测站及5#测站，每个测站均对巷道顶板下沉量、底鼓量、两帮移近量及锚索受力变化情况进行监测。现场监测结果如图3。

图3 现场监测曲线

如图3所示，5个综合测站巷道顶板下沉量、底鼓量、两帮移近量及锚索受力变化趋势基本相近，监测曲线均呈现先增大，后增大幅度逐渐降低，最终趋于稳定的变化趋势。在一个月范围内，巷道围岩变形量及锚索受力增大明显，一个月以后巷道围岩变形量及锚索受力增长幅度逐渐降低，两个月以后巷道围岩变形量及锚索受力基本趋于稳定。其中，布置于清理撒煤巷道的1#测站，巷道顶板下沉量最大值为128 mm，底鼓量最大值为225 mm，两帮移近量最大值为183 mm，锚索受力最大值为262 kN；布置于架车乘人器巷道的2#测站，巷道顶板下沉量最大值为132 mm，底鼓量最大值为230 mm，两帮移近量最大值为180 mm，锚索受力最大值为243 kN；布置于无轨胶轮车库的3#测站，巷道顶板下沉量最大值为122 mm，底鼓量最大值为218 mm，两帮移近量最大值为191 mm，锚索受力最大值为252 kN；布置于进风井东部车场巷道的4#测站，巷道顶板下沉量最大值为135 mm，底鼓量最大值为235 mm，两帮移近量最大值为202 mm，锚索受力最大值为278 kN；布置于马头门巷道的5#测站，巷道顶板下沉量最大值为118 mm，底鼓量最大值为215 mm，两帮移近量最大值为182 mm，锚索受力最大值为238 kN。5个监测站监测所得巷道顶板下沉量最大值为135 mm，平均值为127 mm；底鼓量最大值为235 mm，平均值为224.6 mm；两帮移近量最大值为202 mm，平均值为187.6 mm；锚索受力最大值为278 kN，平均值为254.6 kN。整体来看，支护效果良好，巷道围岩变形量不大，锚索工作状态良好，无失稳破坏风险。

4 结论

针对玉溪煤矿井底车场系列巷道围岩工程力学性质差、变形量大的问题，采用理论分析、工程类比等方法，确定采用高压注浆配合强力锚索支护的综合加固方案进行巷道加固。现场试验结果显示，加固后巷道顶板下沉量最大值为135 mm，平均值为127 mm；底鼓量最大值为235 mm，平均值为224.6 mm；两帮移近量最大值为202 mm，平均值为187.6 mm；锚索受力最大值为278 kN，平均值为254.6 kN。巷道围岩整体变形量不大，锚索工作状态良好，无失稳破坏风险，可以满足安全生产需求。