２０１５年第４期 中州煤炭 总第２３２期 注浆联合支护技术 在破碎软岩巷道中的应用 王宝国，张 辉，符明祥 （河南能源化工集团义煤公司常村煤矿，河南义马４７２３００） 摘要：常村煤矿２１１２石门由于受采动影响，致使围岩破碎，顶板淋水，支护困难，需不断加固修护。通过优化 注浆参数，采用注浆与锚索联合支护技术后，岩体自身强度得到了很大的提高，使得巷道围岩形成了组合拱 整体承载带，取得了良好的支护效果。 关键词：注浆技术；联合支护；破碎围岩 中图分类号：ＴＤ３５３ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１００３—０５０６（２０１５）０４—００９２—０３ 当前软岩巷道支护多采用让压支护或硬性高强 支护，其费用较高，效果不佳。特别是高地压松散、 破碎软岩中的支护，其困难更大。常村煤矿２ｌ１２进 风石门正处于高地压松散软岩中，并有局部冒实地 罩３Ｏｍ 泥岩 段，再次修复极其困难。该矿工程技术人员经过反 复的分析论证，最后采取先预注浆加固围岩，然后破 岩修复，保证了采煤工作面的正常转移接替，取得了 良好的经济效益和社会效益。 曝１０ｍ 一煤层 ■一－一 唪４ｍ 一－一■一 炭质泥岩 １ 石门位置及工程地质条件 （１）２１ １２石门位置及概况。常村煤矿２ｌｌ２石 门在２１盘区下部及２ｌ区轨道下山的西侧，主要担 图１ ２１１２石门位置 嗥２０ｍ 泥岩及细砂 图２所处层位地质柱状 负着常村煤矿２１１２２、２１１６２、２１１８及２１２２０工作面 设备、材料运输及行人进风任务（图１）。该石门于 ２００８年７月施工，１２月竣工。２０１０年、２０１１年对巷 ２石门返修支护方案 ２ｌｌ２石门位于２１１２１工作面及２１１４１工作面 煤柱下，巷道围岩应力集中，围岩自身承载力大； 道进行２次返修。２０１２年１０月巷道依然变形严 重，支架梁腿分离，卡缆出现崩落，现断面收缩率达 ５０％，严重影响２ｌ区下部工作面运输及进风。为保 证２１区下部２１２００、２１２２０工作面运输及进风需要， 需对２１ｌ２石门进行扩修。 （２）地质状况。２１１２石门埋深５００ ｍ左右，系 穿层巷道，设计工程量２１０ ｍ，巷道由２—３煤层底板 细砂岩层、泥岩层、炭质泥岩层（煤矸互叠层）进人 ２１１２石门受外围２１１０２工作面、２１１３１工作面掘进 回采及外围巷道反复修护扰动影响，巷道压力持续 显现，加剧了巷道的破坏；２１１２石门曾受多次采动 影响，围岩破碎松散，遇水易风化、膨胀，不能有效支 撑上覆岩层的所受重力¨。 ；直接采用常规的扩大断 面，锚网喷或架工字钢支护，难以实现预期目的，会 给以后的施工带来预想不到的困难，将直接影响工 作面的正常转移。对于此类破碎松散的软岩巷道， ２—３煤层顶板中。泥岩及炭质泥岩段为灰色或深灰 色，遇水易泥化崩解，有较强的吸水膨胀特征。所处 层位地质柱状如图２所示。 如何将松散破碎复合型软岩转化成整体胶结碎胀型 软岩，增加围岩的抗压强度和整体性，是解决石门返 修的关键技术，围岩注浆是实现上述目的的主要途 径［３－５］ 收稿日期：２０１５—０２—０９ 作者简介：王宝国（１９６３一），男，河南荥阳人，高级工程师，主要从事 生产技术管理工作。 ・９２・ ２０１５年第４期 王宝国，等：注浆联合支护技术在破碎软岩巷道中的应用 总第２３２期 ３锚注支护设计 ２ｌ１２石门采用锚网（索）喷、注浆施工支护 ， 巷道为斜墙半圆拱断面，下宽５ ２００ ｍｍ、墙高１ ５００ ｍｍ，净高３ ８００ ｍｍ，净断面１８．５ ｒｎ （图３）。巷道掘 进或扩修后，采用风镐或手镐刷至设计毛断面规格 杆挂钢丝绳一开挖卸压槽一三次喷浆一打注浆孔、 安装注浆管一注浆一洒水养护一补锚补喷补注。 ４注浆技术 ４．１注浆液体配比 注浆液体的主要成分是水和高强度水泥及水玻 璃。水泥在浆液中通过水化作用生成凝胶体，起结 后进行初喷混凝土，喷厚为８０ ｍｍ，全断面打 ２２ ｍｍ×（２ ２５０～２ ５００）ｍｍ钢筋锚杆，每根锚杆配 构成型作用，配用Ｐ．０４２．５以上的普通硅酸盐水 ２３９０树脂药卷１套（１支Ｚ２３５０，１支ＣＫ２３４０），间排 距均为６００ ｍｍ，每根锚杆均配１块碟形托盘，然后 挂钢丝绳。采用不小于 ２０ ｍｍ旧钢丝绳紧贴岩 面，绳与绳搭接长度为６００ ｍｍ，交错搭接并用１０ 铁 丝绑扎牢固。横向钢丝绳每根长度为巷道轮廓线周 长，纵向钢丝绳每根长度为５．５～６．０ ｍ，整根钢丝 绳劈开，每２股并１组，钢丝绳于锚杆处开始分叉， 且须用锚杆托盘压紧压牢，按锚杆间、排距纵横（呈 “十”字交叉）挂好。顶板打设 １７．８ ｍｍ×８ ０００ ｍｍ锚索，每根锚索配１节ＣＫ２３４０、２节Ｚ２３５０药 卷，配２块方形钢板托盘（３００ ｍｍ×３００ ｍｍ×１０ ｍｍ，２００ ｍｍ×２００ ｍｍ×１０ ｍｍ），间排距均为１．５ ｍ。二次喷浆厚度为７０ ｍｍ，二次锚杆间排距和钢 丝绳挂设要求同上，并同一次锚绳交错布置。最后 进行三次喷浆封闭，喷浆厚度５０ ｍｍ，总喷浆厚度为 ２００ ｍｍ 图３巷道支护断面 二次锚绳后，自巷道底板向上２００ ｍｍ位置以 ４５。向下在两帮开挖卸压槽，卸压槽深５００／／／ｍ，并进 行喷浆封填。最后打注浆孑Ｌ、安装 ２０ ｍｒｎ×２ ５００ ｒｎｍ注浆管注浆（注浆管长度根据巷道顶帮的松动 圈范围大小确定），注浆管问排距均为２ ５００ ｍｍ。 实施顺序为：扩修（掘进）一处理岩面一初喷一 打锚杆挂钢丝绳一打锚索一二次喷浆一打二次锚 泥。水玻璃是浆液中结构成型剂和速凝剂，浓度为 ３７～４４。Ｂ６。水是配置浆液的主要液体，采用井下工 业净水。 根据现场地质情况，不同的岩性及裂隙程度，采 取同一种浆液配比进行注浆，其结果不会理想。为 此，根据不同的岩性及现场实际地质情况，经多次试 验得到优化配比如下。①细砂岩及泥岩段，水泥浆 液配比为水：水泥＝１：１（体积比）；水玻璃溶液配 比：水玻璃原液：水＝１：１（体积比），水泥浆液：水玻 璃溶液＝（９．５：１）～（７：１）（体积比）；②煤层及煤矸 互叠层段，水泥浆液配比，水：水泥＝１：１（体积比）； 水玻璃溶液配比（体积比），水玻璃原液：水＝１：１ （体积比）；Ｔｋ泥浆液：水玻璃溶液＝（７：１）～（４．５：１） （体积比）。 ４．２注浆系统及工艺流程 注浆系统由储浆池、吸浆管、手动截止阀、泥浆 泵、高压胶管、三通、管接头、注浆管等组成。 分别在２个储浆池内将水泥浆和水玻璃溶液按 比例配好，将２台泵的吸浆管分别插入２种配好液 体的储浆池内，经高压胶管再通过三通混合，注入注 浆管内，２种液体的比例由手动截止阀控制，储存在 原浆池中的水泥原浆易沉淀凝固，在配制及注浆时 要不断搅拌。注浆工艺流程如图４所示。 图４注浆工艺及流程示意 ４．３注浆孔设计 由岩性及围岩的松动圈范围可知，此段浆液的 扩散半径不少于２．５ ｍ，在巷道周围５ Ｉｎ范围内，要 ・９３・ ２０１５年第４期 中州煤炭 总第２３２期 形成一个承压带，注浆锚杆垂直于巷道轮廓线或至 少成７５。夹角，注浆锚杆呈矩形布置，间排距均为 ２．５ ｍ，在煤及煤矸互叠层段，因水及围岩松散程度 的增大，除按上述注浆要求以外，还必须增加预注浆 工艺，即沿掘进面轮廓线进行超前注浆，预注浆孔布 本实现了干井施工，为整条巷道及塌陷区的施工创 造了极好的条件，没有发生顶板垮落及片帮事故，也 创造了极好的效益。 ５．２支护效果 ２１ｌ２石门支护经过约２年的考验，多次测量巷 置在掘进面轮廓线上，间距１ ｍ，孔深５ ｍ，与巷道成 ３０。夹角，呈放射状向外，孔径４３ ｍｍ。 ４．４注浆锚杆 该矿自行设计了注浆锚杆，采用 ２０ ｍｍ无缝 钢管加工而成，每节长２．５ ｍ，节与节可互相加长， 尾部采用树脂药卷固化密封。 ４．５注浆注意事项 一道的高度、宽度变形量均不超过２００ ｍｍ。实践证 明，注浆联合支护方案合理，达到了预期的目的，巷 道围岩形成了组合拱整体承载带。 ６ 结语 （１）２１１２石门位于煤柱区内，易受两翼工作面 回采、掘进及巷修动压影响，是造成石门破坏的主要 原因。 般注浆初期，原始裂缝较多，且较畅通，采取 大密度定量注浆，按每注２ ｔ后间歇１０ ｍｉｎ再注；注 浆后期，大部分裂隙已被浆液充填，为保证足够的注 浆量，多使用小密度浆液向小裂隙均匀扩散，最后逐 渐提高密度，加速凝结速度，使较大范围内都达到或 超过注浆终压值或者浆液从巷道四周围岩溢出为 准，注浆终压为１５ ｋｇ／ｍ 。 每次巷道喷浆后，必须及时打注浆锚杆注浆，注 （２）２１１２石门岩性差，泥岩、炭质泥岩遇水易风 化、膨胀及分解容易造成围岩发生结构性变化，使围 岩失去自身承载能力。 （３）采用锚网（绳）索、喷浆、注浆联合支护技 术，能胶结固化围岩，充分发挥围岩自身承载能力， 从而有效控制巷道围岩变形。 浆处距作业面最大不超过２ ｍ；在煤及煤矸互叠层 段进行注浆，按注５ ｍ进３ ｍ的方法依次注扩。每 参考文献： ［１］ 樊克恭，霍得元．巷道围岩弱结构破坏失稳分析与非均称控制 次注浆完毕后，用清水清洗注浆专用泵及其附件。 机理［Ｍ］．北京：煤炭工业出版社，２００４． ［２］ 刘泉声，刘学伟，黄兴，等．深井软岩破碎巷道底臌原因及处置 ５ 效果分析 ５．１注浆效果 技术研究［Ｊ］．煤炭学报，２０１３，３８（４）：５６６－５７１． ［３］ 张光辉．锚注支护技术在采区石门巷修中的应用［Ｊ］．中州煤 炭，２０１０（７）：６８．６９． 在预注浆段施工期间，随意在注浆有效扩散范 围内取下一块注浆３ ｄ后的泥浆结石体，其固结完 好，整体性能良好，在水中放置１年后，固结仍然完 好，无任何松散、开裂现象，原来石门内有大量积水 流出，巷道顶板淋水成股下流，注浆后及时控制了这 种现象。到施工结束，除个别地方有滴水现象外，其 他没有发现新的水源流出，堵水率在９０％以上，基 （上接第９１页） 收缩严重，影响了巷道的安全使 用，采用“预注化学浆＋ｕ型钢梁锚网支护＋ｕ型钢 棚＋喷浆、注浆的联合支护”，对于扩修交岔点来 讲，施工安全、工艺简单、速度较快，为交岔点的扩修 与支护提供了借鉴。 参考文献： ［１］ 张荣立，何国纬，李锋．采矿工程设计手册［Ｍ］．北京：煤炭工 业出版社，２００５． ［４］ 邹光华，张风岩，宋彦波．巷道过含水断层破碎带的注浆加固 技术［Ｊ］．煤炭科学技术，２０１０，３８（６）：５０－５３． ［５］ 韩玉明．综放工作面回风巷超前预注浆加固技术［Ｊ］．煤炭科 学技术，２０１３，４１（８）：４２４５，６１ ［６］ 任利龙．金圭煤矿石门过软岩联合支护技术的应用［Ｊ］．矿业 安全与环保，２００８（４）：５４－５５． （责任编辑：秦爱新） 矿现代化，２０１１（３）：６２＿６３． ［３］ 高鲁，大断面交岔（叉）巷道围岩稳定性研究［Ｄ］．太原：太原 理工大学，２０１０． ［４］ 徐香庆，郭文喜．松软破碎围岩巷道注浆加固技术应用研究 ［Ｊ］．煤炭工程，２０１２（７）：２９－３１． ［５］ 王浩．回采巷道松软破碎围岩注浆加固与支护技术研究［Ｄ］． 徐州：中国矿业大学，２００８． ［６］ 吴增光，郭殿峰，胡学军，等．锚索加固技术在大断面交岔点的 应用［Ｊ］煤炭科学技术，２００１，２９（１１）：８－９． （责任编辑：秦爱新） ［２］ 神文龙，孟庆武，张松．深部软岩及围岩力学特性分析［Ｊ］．煤 ・９４・