开拓巷道围岩变形严重段注浆加固技术研究

孔令飞

（山西汾西工程建设有限责任公司工程公司，山西 孝义 032300）

引言

巷道变形是影响巷道通风、行人以及运输的主要因素，针对巷道围岩变形原因采取针对性控制措施可起到降低支护成本，有效控制围岩变形的目的[1]。现阶段矿井围岩支护参数一般采用经验法确定。当地质条件较好时，围岩可得到有效控制，但是当围岩松软或者裂隙发育时，若不采取针对性的围岩控制措施，往往会导致围岩变形严重问题[2-3]。山西某矿掘进的南翼运输大巷在矿压、围岩破碎等作用下出现较大的变形，变形主要集中在巷帮及顶板。虽然后期采取锚索、锚杆、U 型钢等对围岩进行加固，但是随着时间增加，巷道围岩变形严重，特别是巷帮、顶板收敛严重，其中在变形严重段巷帮收敛量达到700 mm 以上，巷道宽度由设计之初的4.2 m 缩小至2.8 m，无法满足后续巷道的正常使用需要。如何控制运输大巷围岩变形成为矿井南翼采区生产时需要重点解决的问题。

1 巷道围岩变形特点分析

1.1 巷道地质概况

某矿南翼运输大巷设计掘进长度为1 506 m，在3 号煤层顶板上方15 m 的砂质泥岩中掘进，半圆拱断面，埋深330 m。巷道围岩初底板为粉砂岩外，巷帮及顶板均为砂质泥岩。巷道掘进至590 m 为主时揭露有F3 断层（H=1.2～2.5 m，150°∠45°），巷道以往采用砌碹支护。

1.2 巷道围岩变形特征分析

巷道围岩变形以巷帮变形为主，特别是靠近巷角位置变形量较大。巷道后修复使用的U 型钢在顶板、巷帮变形影响下出现较大变形。

巷道围岩变形后岩体整体较为松散、破碎，基本丧失承载能力。在巷帮、顶板位置均出现空帮、空顶显现。若不及时采取措施可能会进一步加剧巷道变形。

1.3 围岩变形原因分析

1）南翼运输大巷巷帮以及顶板均为强度相对较低的砂质泥岩，且岩层中含有一定量的黏土成分，且本身强度较低，在地应力、风化等影响下，巷道顶板、巷帮变形破坏逐渐严重，变形量持续增加[4]。

2）当围岩出现应力集中且作用到支护体系上的应力值超过其支护体系自身承载能力时，会使得原有支护体系局部位置出现较大变形，具体表现为巷帮帮角位置出现较大变形[5]。

3）巷道后期修复时采用锚杆（索）、U 型钢，虽然采用的支护体系可在一段时间控制围岩变形。但是随着浅部岩层变形破坏，深部岩层随之出现承载力降低、裂隙发育等，具体表现为围岩松动破坏圈范围增加，锚杆支护效果被弱化，控制围岩变形的U 型钢会在围岩应力作用下出现变形。

2 围岩变形加固方案

针对围岩变形特点以及围岩变形原因分析结果，提出采用锚注+U 型钢+关键点锚杆加固等措施对巷道进行加固，围岩控制变形的核心为注浆加固。具体加固方案为[6-7]：

1）U 型钢+锚杆支护。在对巷道围岩变形严重段进行修整时，通过刷扩巷帮、顶板方式来增加巷道断面积。由于局部位置巷道围岩破碎，需要补打锚杆对围岩强度进行补强。若围岩可锚性相对较好，可先施工锚杆后布置U 型钢；若可锚性较差，则先架设U型钢，后施工锚杆进行加固。架设的U 型钢型号为29U、间距为800 mm。

2）壁后注浆充填。壁后采用长、短管相结合方式进行注浆充填，长管（Φ26 mm×1 600 mm）、短管（Φ26 mm×500 mm），注浆管按照1 200 mm×1 600 mm 间排距施工。选用质量比为1∶1 的美固364 混合液体进行充填。

3）全断面注浆（顶板+巷帮）。滞后壁后充填20 m距离布置注浆孔进行全断面注浆，采用规格Φ22 mm×2 400 mm、Φ22 mm×3 600 mm 中空注浆锚杆进行注浆，按照1 200 mm×1 600 mm 间排距施工，注浆为水泥单液浆。具体全断面注浆钻孔布置见图1 所示。

图1 全断面注浆钻孔布置示意图（单位：mm）

3 巷道注浆加固效果分析

在巷道围岩变形严重段未进行修整时，巷道断面变形严重，无法满足现场使用需要，具体现场图见图2-1。对巷道进行修整后，巷道断面得以恢复，围岩稳定性以及自身承载能力得以显著提升，具体修整后巷道现场图见图2-2。

图2 修整前后巷道现场图

在巷道围岩变形严重段布置测站，对巷帮以及顶板变形量进行监测，整个监测周期为120 d，具体监测结果见图3 所示。从图中看出，顶板、巷帮变形集中在对巷道进行注浆加固后的20 d 时间内，顶板变形量达到60 mm、速度平均为3 mm/d，巷帮变形量达到40 mm、速度平均为2 mm/d；加固完成20 d 后，顶板以及巷帮变形量逐渐趋于稳定，最终至监测结束时，顶板、巷帮变形量分别为75 mm、55 mm，变形速度均降低至0.02 mm/d 以内。

图3 围岩变形量变化曲线

4 结语

对矿井南翼运输大巷围岩变形破坏原因进行分析，发现导致巷道变形量较大的主要原因是围岩自身松软、承载能力较差，加之原有的巷道支护方案不利导致的。为此，提出采用以注浆加固为核心的围岩变形控制措施，通过注浆锚杆、U 型钢控制围岩变形。注浆加固后，围岩裂隙被浆液充填，强度以及稳定性均得以显著提升。其中顶板最大下沉量为70 mm、巷帮最大收敛量为55 mm。注浆加固后的断面可满足巷道运输、行人以及通风需要。