山西某煤矿巷道围岩注浆加固技术研究

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!技术经验!

山西某煤矿巷道围岩注浆加固技术研究张\"鹏

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!(%河南理工大学能源科学与工程学院\"河南\"焦作\"!F!(’’$&%山西小回沟煤业有限公司\"山西\"太原\"’E’!’’#

\"\"摘\"要\"山西某矿井已掘巷道破坏较严重\"为了对该段巷道进行有效的围岩修复\"利用小孔成像技术对煤岩体进行内部窥视\"对破碎围岩提出了注浆加固并进行高预应力强力锚索支护的方法&实践表明\"注浆能使破碎围岩胶结成具有完整结构的连续体\"增强围岩的可锚性$锚索支护使注浆后的围岩具有较强的承载能力\"阻止围岩再次破坏\"确保巷道围岩稳定&

关键词\"破碎围岩$钻孔窥视$注浆加固$强力锚索

HEFET%)\"文献标识码\"I\"文章编号\"(B>&<’BF&#&’()$’!<’’E=<’E中图分类号\"7

\"\"山西某煤矿为建设矿井$煤层顶底板多为复合岩层$岩石较为破碎(矿井区域对应地面山岭起伏$厚$后度变化大$矿井一水平大巷西翼埋深超过>’’A续延伸大巷埋深将继续加大(巷道断面为直墙半圆拱形$由于埋藏深%围岩条件差%地质构造发育$已掘部分巷道和硐室围岩破坏严重$主要表现为强烈底鼓%两帮移近和顶板下沉$巷道浅部围岩破坏严重(巷道围岩破坏深度较深$尤其以采区变电所最为严重(第一次巷道加固现场采取,刷帮%拉底%补打锚杆索-的方式对发生严重破坏的巷道围岩进行修复$但效果不佳(为确保采区变电所修复效果$特针对矿井围岩变形破坏现状及已有修复工程施工状况$对矿井大巷围岩修复方案进行设计(!\"现有巷道修复状况与存在问题分析!$!\"围岩破坏与修复状况

采区变电所布置在回风大巷与辅运大巷之间的煤柱中!图(#$受附近地质构造和埋深影响$出现底%目前$完鼓和帮部开裂现象$巷道破坏长度约)’A成顶帮锚索加固%起底和喷浆成巷工作(

首次巷道修复主要存在以下问题)

(#顶帮刷扩时存在围岩松动范围大%刷扩易垮落%锚杆索安装困难等问题(经现场测量$围岩松动

’(作者简介\"张\"鹏!(=)B\"#$男$河南虞城人$&’(’年毕业于河南理工大学$工程师$主要从事煤矿生产技术管理工作

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图(\"采区变电所平面位置图

FA$多数锚杆失效$锚索安装困难&(’%深度平均达&J

受周围小型褶曲%向斜背斜产出频繁%伴生小断层发育以及陷落柱%煤柱宽度小的综合因素影响$巷道破坏较为严重(

&#巷道直接刷扩施工$易造成断面超宽超高$大巷间煤柱压力进一步增大$不利于巷道围岩的稳定(

E#直接刷扩破碎围岩的方式在施工过程中对邻近巷道扰动明显$易造成邻近巷道破碎围岩突然垮落(

!$#\"巷道围岩结构观测

采用数字式全景窥视仪对巷道修复区域进行了围岩结构观测

&&%在采区变电所附近的一号回风大

+!’+山西焦煤科技&’()年第!期

巷和辅运大巷区域共打设钻孔(F个$其中有>个钻孔由于修复段浅部围岩极其破碎$塌孔严重$造成钻孔窥视探头无法获取钻孔图像(塌孔深度集中在钻FL&J’A%孔开口至(J

钻孔窥视在未出现塌孔的钻孔中进行围岩结构观测$为加固方案提供了依据(辅运大巷选取采区变电所附近E个钻孔能获得围岩结构图像的钻孔窥视结果$选取部分钻孔典型区段特征见图&%

低$造成巷帮最先出现失稳破坏$进而引起顶板破坏(#\"巷道修复方案与关键参数

为确保矿井永久大巷的整体稳定性$提高破碎围岩的抗动压扰动能力$分别对采区变电所及相邻的回风大巷%辅运大巷进行围岩注浆(注浆的目的是充填围岩体内部裂隙$将破碎岩体进行重新组合$尽量恢复成完整的围岩承载结构$提高围岩的承载能力

&!%同时$在恢复破碎围岩完整性的基础上进行

图&\"采区变电所开口东(FA帮部窥视结果图

由图&可以看出)所测区域巷道围岩普遍破碎严重$两帮破碎深度达到!A以上$多数钻孔&JFA范围内围岩极其破碎$见图&,

#%&[#%&4#*巷道顶板围岩普遍松软破碎$钻孔浅部围岩破坏深度在!LFA$钻孔深部围岩虽然结构相对完整$但普遍存在明显钻痕$说明围岩较为软弱$见图&]#%!$%\"矿井巷道破坏原因分析

通过现场调查%地质资料对比分析$判断巷道出现破坏严重的原因主要有以下!个方面)

(#深部地压大$支护参数与围岩应力不匹配(采区变电所等破坏严重区域主要集中在埋深B’’L>’’A的区域(随着埋深的增加$支护强度未及时合理调整$是造成巷道破坏的主要原因

&E’

%

&#地质构造影响区域$围岩结构破碎%承载力低$巷道围岩破坏严重$严重区域主要集中在断层%陷落柱%向斜构造轴部$表现为围岩节理裂隙发育%巷道压力明显增大(

E#采区变电所煤柱应力集中$掘进扰动明显$附近巷道破坏严重(一号回风大巷与辅运大巷间净煤柱宽度E!A

$中间又设置采区变电所$由此造成相邻巷道间净煤柱宽度变窄$应力集中显现明显(

!#巷道跨度大$巷帮承载能力低%整体维护难度大(矿井大巷宽度均为BA

$虽然采取自稳能力较强的拱形断面$但是巷道帮部均是围岩强度较低%承载能力差的半煤岩$加之初始支护参数中巷帮支护强度

锚杆索补强支护$有利于锚杆锚索主动支护应力在围岩中的扩散

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%

步骤如下)

(#封闭巷道围岩(围岩注浆前$对原混凝土喷层开裂位置进行水泥浆堵漏或重新喷射混凝土$封闭裸露围岩(

&#围岩注浆加固(打设注浆孔$进行注浆加固(注浆孔布置)间排距&AW

&A$,五花-布置(孔深与孔径)深度)A

$孔径FBAA%注浆压力)根据围岩浆液扩散状况和注浆量调整注浆压力$一般控制在&QR,左右(注浆顺序)按照,从下到上$先帮后顶-的顺序逐排逐孔注浆(若遇临近钻孔漏浆%跑浆严重时$采取隔排或隔孔注浆的方式$确保注浆效果(注浆材料)水泥浆$添加流动剂(

E#锚索加强支护(因为原方案已进行锚杆支护$因此在注浆加固的基础上$将巷道断面刷扩至设计尺寸$并采取,局部铺网%补打锚索-的方式加强支护(规格)选用]&&A

A$(W(=股煤矿专用钢绞线$长度BE’’A

A$钻孔]E’AA$E’’AAWE’’AAW(BAA可调心托板(布置)全断面补打锚索$帮部底脚锚索距底板距离不大于F’’A

A$垂直巷道表面打设(锚索成排布置$间排距(J

’AW(J&A%预紧力)设计张拉力不低于&F’1#

%外露长度)&’’L&F’AA%喷浆成巷)对修复后的巷道变形进行矿压观测$待围岩稳定后进行喷浆成巷(%\"巷道矿压观测与加固效果评价

矿井大巷修复完成后$对巷道进行了矿压监测$了解巷道围岩稳定状况$以判断巷道修复效果(监测内容主要包括以下方面)

(#巷道表面位移监测(

采用,十字布点法-安设表面位移监测断面$分别对变电所顶板下沉%底鼓%左右帮移近量进行观测(经监测$顶板最大下沉量&A

A$两帮移近量EAA$底&’()年第!期A%鼓EA

&#注浆效果观测(

张\"鹏’山西某煤矿巷道围岩注浆加固技术研究

+!(+

部裂隙$并对开裂破坏的围岩进行胶结$使围岩内部形成的裂隙消失$围岩恢复为具有完整结构的连续体$使破碎围岩的可锚性显著增强$以便于锚杆施加有效的预应力(

&#单一的围岩注浆不能有效控制破碎围岩的长期蠕变及进一步破坏(因为注浆并未改变围岩的应力条件$在高应力环境下$围岩自身%裂隙面与浆液结石体间容易发生二次开裂破坏(因此必须在恢复破碎围岩完整性%提高围岩承载能力的基础上$进行锚网索加强支护(

E#高预应力强力锚索支护加固的目的是在破碎围岩恢复连续性后$对其施加足够的预应力$使注浆后的围岩具有较强的承载能力$阻止围岩再次破坏$确保加固后的巷道围岩长期稳定(

在巷道围岩注浆完成后$对围岩内部浆液扩散状况进行观测$采用钻孔窥视的方式对采区变电所进行围岩结构观测

&&’

$巷道内部裂隙已充满浆液$围岩基

本完整$注浆效果良好$加固方案合理(

另外$对局部围岩节理裂隙注浆效果差的区域进行了二次注浆加固$确保了巷道破碎围岩体的加固效果(&\"结\"论

(#注浆加固是确保大巷修复工程效果的基础$也是保证加固工程质量和效果的关键(当围岩破碎不利于锚杆支护时$浆液注入破碎围岩后充填围岩内

参\"考\"文\"献

&(’\"范明建$康红普%’%E%锚杆预应力与巷道支护效果的关系研究&\\煤矿开采$&’’>$(&!!#)&<

&&’\"康红普$司林坡$苏\"波%’%(=FF%煤岩体钻孔结构观测方法及应用&\\煤炭学报$&’(’$EF!(&#)(=F’<

&E’\"靖洪文$李元海$梁军起$等%’%B!)%钻孔摄像测试围岩松动圈的机理与实践&\\中国矿业大学学报$&’’=$E)!F#)B!F<&!’\"康红普$冯志强%’%B%煤矿巷道围岩注浆技术的现状及发展趋势&\\煤矿开采$&’(E$()!E#)&$F<&F’\"刘\"勇%’%F)%断层破碎带中巷道注浆加固设计与实践&\\煤煤矿开采$&’(&$(>!B#)FB<&B’\"徐胜利%’%B>%巷道围岩注浆加固技术在王坡煤矿的应用&\\山西煤炭$&’(E!>#)BB<

&>’\"康红普$王金华$林\"健%’%BFE$BB(&%破碎围岩动压巷道锚索支护与注浆加固技术研究&\\煤炭科学技术$&’(B$!!!(#)B><&=’\"徐香庆$郭文喜%’%E(%松软破碎围岩巷道注浆加固技术应用研究&\\煤炭工程$&’(&!>#)&=<

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