沿空留巷底板围岩变形控制技术应用

摘要：沿空留巷技术是一种能够有效提高资源回收率、减少巷道掘进量和掘进工期的重要技术。然而，巷道底板围岩变形一直是影响沿空留巷稳定性的问题之一。本文将从巷道注浆加固法来分析具体的应用。

关键词：沿空留巷；底板围岩；控制技术

1地质条件概述

色连12412回风顺槽底臌防治工程将通过底板强化注浆技术在1650-2000m的退尺区段内进行，总长350m。12412工作面煤厚2.60-4.20m，平均3.52m。局部含1层0.1m -0.4m厚砂质泥岩夹矸。直接顶板为砂质泥岩，平均厚度6.22m，有时为粉砂岩。

色连12412回风顺槽掘进宽度5100mm，掘进高度3750mm；净高5000mm，净宽3500mm；掘进断面19.125㎡，净断面17.5㎡。巷道原始支护方式为锚梁网索，支护参数如下：

1.1巷道顶部

锚杆采用φ20×2500mm左旋无纵筋高强螺纹钢锚杆，锚杆托盘为δ8×178×150mm钢板，每排6根，间排距为880×1000mm，每根锚杆采用K2360和Z2360树脂锚固剂各1卷。

1.2帮部

左帮（回采侧帮部）锚杆采用φ20×2000mm全螺纹玻璃钢纤维锚杆加皮带压条，每排5根，间排距为750×1000mm，每根锚杆采用Z2360树脂锚固剂1卷（肩窝一根采用φ18×2000mm左旋无纵筋高强螺纹钢锚杆另加一块200×200mm木垫板，每根锚杆采用Z2380树脂锚固剂1卷。）。右帮（煤柱侧帮部）锚杆采用φ18×2000mm左旋无纵筋高强螺纹钢锚杆加H型钢筋梯，每排5根，间排距为750×1000mm；锚杆托盘为δ10×150×150mm钢板，每根锚杆采用Z2380树脂锚固剂1卷。

1.3顶部锚索支护

使用规格为φ17.8×7300mm钢绞线，布置方式为3-0-3，间排距为1260×2000mm，每根锚索使用K2360和Z2360树脂锚固剂各2卷；锚索托板规格：L=3000mm长12#槽钢，锚索垫板规格：δ14×95×200mm，两者配合使用。

2 底鼓原因分析

色连煤矿所属区域内岩层为侏罗系地层。地层成型后以版块抬升为主，水平方向没有明显的构造运动，区域内的构造应力不明显，原始应力以自重应力为主。对比12412运输顺槽的变形情况可以判断，回风顺槽严重底臌的原因绝对不是构造应力。色连12412回风顺槽严重底臌的原因有两个：

其一，回风顺槽利用110工法实施沿空留巷，工作面回采过程中形成了巨大的支承压力；

其二，回风顺槽直接底为砂质泥岩，厚度约3.5m；老底为中粒砂岩，厚度约8.9m。侏罗系地层成岩年代较晚，胶结不充分，无论是泥岩还是砂岩均具有明显的遇水弱化特征。地质勘察资料显示4-1煤底板砂质泥岩自然状态下的抗压强度约23.97Mpa，但是吸水后的强度为4.17Mpa，砂质泥岩层的软化系数为0.17，也就是说该岩层遇水后仅能保持原强度的17%。

3底板加固技术指导思想

巷道开挖后，围岩破碎变形区域不仅在两帮及顶板生成，还在底板一定深度范围内发育。顶板、两帮及底板的破碎区域相互联通，形成松动圈。现有的支护方案特别强调顶板及两帮的维护，底板的支护强度很小，甚至零支护，故深部巷道的变形破坏大都从底臌开始，而且底臌不治则巷道变形永不停息。

底板浅、深孔注浆将深部破碎的围岩胶结成整体，可以较好的维护围岩稳定，在较大范围内强化岩体的力学性能，改变围岩岩性，使围岩能较好地与支护体形成整体承载结构，提高整体承载结构的承载能力。

4底板注浆方案设计

初步选定的试验顺槽总长350m，从1650退尺点开始，每50m长度的顺槽作为一个施工区段进行底板注浆加固，完成底臌防治试验。每个区段内的施工步骤如下：

4.1浅部注浆

在巷道底板中心线上，垂直底板向下以5m的间距施工深度为1.5m、直径不小于36mm的第一批浅层无压注浆孔。注浆管为普通的6分镀锌管，长度900mm，封孔长度400mm。

50m长度范围内的顺槽的第一批浅层无压注浆孔施工完毕后进行浅部注浆，此时每个钻孔的注浆量不尽相同，最初的注浆孔水泥消耗量可能超过10袋甚至更多。止浆压力为注浆泵的最大压力，若某个钻孔出现刨浆现象则立即停止该孔的注浆工作。

浆液水灰比初定0.8:1，施工过程中可根据现场情况略微调整，但是水灰比不得大于0.9:1。为了保证注浆效率，并减少堵管现象的发生，请准备两个注浆桶同时拌浆。每50m长度范围内的第一批浅部无压注浆孔共10个。

4.2中深部位注浆

浅部注浆孔全部完成注浆工作后，在巷道中心线南北两侧距巷帮1.0m处，施工深度3.5m、直径大于36mm的中深部位注浆孔。中深部位注浆孔间距3.1m，排距5m，与浅部孔插花布置。

中深注浆管长度2300mm，封孔长度600mm，止浆压力也以注浆泵的最大压力为准，其余参数与浅部孔完全相同。

5沿空留巷底板底臌规律

底板注浆起到排水、填充底板破碎空间和黏结破碎岩体的作用，在对12412回风顺槽退尺1650-2000m段实施底板注浆加固试验后，为检验底板注浆加固变形的控制效果，对底板注浆试验段布置测点进行变形监测，通过监测距采煤工作面不同距离的各个监测面的巷道底板变形量来确定巷道的稳定程度，以期对该注浆方案在色连二矿特殊地质条件下的可行性进行评价。本次监测在退尺1875-1965m区间选取10个断面布置10个测点以观测底臌变形量，每个断面布置一个测点，每两个相邻测点距离为10m。

本次测量通过腰底距离变化量来反映底臌变形量。测量分两步进行：1.选点，即在每个断面处，在巷道左右帮部距底板1800mm左右处各布置一点，用线绳连接，线绳中部位置做记号，以保证每次测量的是同一位置；2.测量，即测量线绳记号处距底板的垂直距离。

根据底臌变形量统计效果可知，在巷道回采结束且矿山滞后周期来压之后，采用底板注浆加固后的试验段底板变形量控制较好，其中最大底板变形量在200mm左右，且无成片底臌现象发生，因此该底板注浆加固方案完全可以达到预期控制底臌变形效果，并且在试验段全长范围内都能够满足安全行车和生产作业的要求。值得一提的是，在整个试验段范围内也存在一定的底臌和底板开裂现象。如在退尺1655-1677m段存在较大底臌变形，变形量为100~200mm左右，在退尺1807-1820m段底板、退尺1830-1850m段底板右侧、退尺1850-1865m段底板中部等出现大的裂缝。对比注浆施工初期的打孔深度和注浆压力，不难发现前段施工质量难以达到设计要求，达不到预期设计效果，而值得一提的是，后期发现的多条裂缝均沿着注浆孔附近分布，或沿浅孔至浅孔周围延伸，或沿浅孔至深孔周围延伸，而对比巷道底板注浆结束时产生的裂缝不难发现，后期大多数发育裂缝是与注浆后回采前的已有裂缝重合，因此对施工队伍的打孔质量和注浆压力需要加强监督和管理。

4 结束语

本试验段充分证明了色连二矿12412回风顺槽底板注浆加固方案的科学性和可行性，并且可以确定只要加强对注浆施工队伍打孔质量和注浆质量的监控同管理力度，不仅施工安全性高，材料和人工成本低，而且巷道断面收缩率小，几乎无需再次卧底，值得在色连二矿侏罗系中下统延安组特殊地质条件下推广使用。

参考文献：

[1]陈勇.沿空留巷围岩结构运动稳定机理与控制研究[D].中国矿业大学,2022.

[2]张登龙.深部诚征井沿空留巷围岩控制技术研究[D].安徽理工大学,2021.

[3]张吉雄,姜海强,缪协兴等.密实充填采煤沿空留巷巷旁支护体合理宽度研究[J].采矿与安全工程学报,2023,30(2):159-164.