王晓东

（平顶山天安煤业股份有限公司十矿， 河南 平顶山 467000）

复杂的井下环境导致巷道掘进过程中极易遇到断层、褶曲、陷落柱等地质构造，此类地质构造对于周围岩体的结构整体性和稳定性具有较大影响，给巷道的正常掘进工作带来较大难度，在掘进经过该区域时，常常出现底鼓、冒顶和围岩变形量超标等现象[1-3]。针对底鼓和围岩变形量超标等现象，通常采用加强围岩支护的方式即可进行较好地控制，但是对冒顶事故的控制却较为困难，且对操作人员的人身安全具有一定威胁。根据相关数据统计可知，煤矿事故中冒顶事故发生率约占总事故数的40%，而巷道掘进过程中出现的冒顶事故数又占到冒顶总事故数的70%左右。由此可见，特殊地质结构区域的围岩整体性和稳定性对巷道的掘进工作乃至矿井的安全工作都具有重要影响。

注浆是增强围岩稳定性的重要举措之一，本文选取30906 回风巷过断层构造作为研究对象，通过注浆手段很好地解决了顶板冒落和围岩变形量超标等问题，并且在实际应用中取得了较好的效果[4]。

1 工程概况

山西某矿30906 综采工作面处于三盘区中部，当前综采面的主采煤层为9 号煤层，煤层均厚为4.2 m，平均倾角为5°，平均埋深406 m。9 号煤层的特点为煤层储量较大、全区均为可开采区域。煤层顶板的主要组成为泥岩和细砂岩，煤层底板的主要组成为泥质粉砂岩以及粉砂岩。当前该矿已经完成了30901、30902、30903 等多个工作面的综采任务，在工作面回采过程中由于受断层、破碎煤岩体带等地质环境影响，导致巷道围岩的变形量整体超标。

30906 回风巷巷道断面为矩形，高度和宽度分别为3100mm和4500mm，方案拟定掘进距离为1680m。当前巷道整体采用锚杆+U 型钢的支护形式，通过综采面揭露的地质情况以及该区域的地质资料显示发现，巷道掘进过程中将会经过多个断层和煤岩体破碎区，给巷道围岩的控制带来了极大的挑战。

2 巷道掘进过地质构造的注浆加固技术

传统的巷道掘进加固技术是在巷道掘进经过特殊地质构造时，通过增加锚索和锚杆数量以及加设U型架棚的方式提升围岩的支护强度，该方式虽然能够在一定程度上降低围岩的变形量，但是由于裂隙并未得到填补，会导致围岩的整体性和自身强度并未得到实质性改进[5]。通过注浆的方式能够将围岩的裂隙充满，大幅提升围岩的内摩擦角、黏聚力等力学参数。30906回风巷经过特殊地质构造区域时，由开采应力的作用导致围岩裂隙增加，因此需要采取注浆和喷浆的方式进行围岩加固，注浆区域主要包括顶板和帮部，采用锚索进行辅助支护；喷浆的区域主要包括顶板和帮部，为了确保喷浆的效果，喷浆厚度不得低于100 mm[6]。采取顶板注浆和巷帮锚索补强的方式对特殊地质区域进行围岩控制，能够提升围岩的整体性和稳定性，也能够避免注浆量过大给巷道正常掘进带来的阻碍。

2.1 顶板注浆加固钻孔布置

巷道掘进至特殊地质区域时，在巷道顶板加设3排注浆锚索，两侧锚索和两帮间的距离为0.8 m，倾斜角度为65°，中间锚索和巷道顶板互相垂直。为了确保注浆效果的一致性和注浆质量，3 排注浆锚索的长度均为8.0 m，相邻锚索间的距离为2.0 m。为了避免注浆过程对综采作业面的正常开采产生影响，采用锚索进行辅助支护。巷道顶板注浆孔、巷帮锚索布置示意图如下页图1 所示。

图1 巷道顶板注浆孔、巷帮锚索布置示意图（mm）

2.2 注浆钻孔施工工艺

为了避免注浆过程中产生串孔现象，通过分步注浆的方式增强注浆加固的效果。具体方式为首先对两侧注浆锚索进行搭设，搭设完毕后再对中间锚索进行搭设。

注浆材料采用联邦加固1 号（双液）材料，该型号材料的优势在于凝固速度较快、结石率较高、围岩渗透性强等。材料使用过程中，通过对水灰质量比进行控制，能够有效控制胶结强度和胶结时间。该方案选取的水灰质量比为0.8∶1，注浆的凝固时间约为3 min，完全固化的时间约为15 min；胶结8 h 后，对围岩的强度进行测试，测试结果显示，围岩的抗压强度和黏结强度分别为12 MPa 和2 MPa。

顶板注浆过程中，注浆孔封堵长度不得低于2.0 m，注浆压力不得超过4 MPa。为了避免注浆压力过大造成顶板的破坏，应当对注浆过程进行实时监测。注浆量以注浆状态为准，一旦发现钻孔处出现大量注浆溢出或者注浆过程中压力数值过大时，即刻停止注浆。

2.3 锚杆索支护方案

注浆完毕后，巷道围岩的整体性得到了显著提升，在此基础上通过锚索网联合支护补强的方式提升围岩的稳定性。巷道断面支护示意图如图2 所示。

图2 巷道断面支护示意图（mm）

巷道顶板锚杆选取高强度螺纹钢锚杆，锚杆的直径为20 mm，长度为2 400 mm，每排锚杆的数量为5 根，相邻锚杆间的距离为800mm，排距为1000mm。锚索选取钢绞线锚索，锚索直径为17.8 mm，长度为7 200 mm，相邻锚索间的距离为2 000 mm，排距为1 800 mm。

巷帮锚杆采用玻璃钢锚杆，锚杆的直径为18 mm，长度为1 800 mm。每帮锚杆的数量为3 根，相邻锚杆间的距离为2 000 mm，排距为1 500 mm，上排锚杆和底板的夹角为15°，中间以及下排锚杆和顶板保持垂直，下排锚杆和底板间的距离为500 mm。

3 注浆加固效果分析

在巷道掘进至地质结构特殊区域时，通过采取顶板注浆、围岩喷浆及锚索补强支护的方式降低围岩变形量、提升围岩的整体强度和结构整体性。注浆完毕后，对巷道顶底板和两帮围岩的变形量变化进行监测。

围岩变形监测结果如图3 所示。从图3 可看出，注浆加固后，在巷道掘进过程中注浆区域未出现开裂现象，顶底板和巷帮围岩的变形量分别为140 mm 和37 mm。根据围岩变形量监测结果不难发现，通过顶板喷浆、锚索补强巷帮和顶板喷浆的形式，能够显著提升围岩结构的整体性和支护强度，使得围岩变形量和支护效果显著增强。

图3 围岩变形量监测结果

4 结论

1）由于30906 回风巷掘进过程中会经过多个断层和煤体破碎带，导致巷道围岩的整体性和支护强度难以满足实际需求。因此针对特殊地质区域的实际围岩特征，采取注浆、锚索补强和喷浆的方式进行巷道围岩的加固。由于围岩裂隙集中于顶板区域且掘进过程中会出现裂隙发育等现象，因此采取注浆的方式进行顶板的加固；通过锚索进行巷帮的补强，避免注浆过程对巷道正常掘进产生影响。

2）根据掘进巷道围岩的实际情况，采取顶板注浆和巷帮锚索补强的方式加强围岩强度。经在作业现场实际测试后发现，巷道掘进经过特殊地质构造区域时，在该种加固方式下的围岩整体性和变形量均控制在合理范围内。