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【摘要】土城矿+1495m行人平硐掘进通过地表松散破碎围岩及从地表公路下方通过，采用管棚注水泥浆超前掘进工作加固技术使松散的围岩胶结，提高破碎岩体的整体强度。管棚超前工作面安装对巷道围岩提取支护与注入的水泥浆形成整体支护开挖巷道上覆岩石形成安全的掘进空间，从而确保了掘进工作面的安全。
【关键词】地表；管棚；注浆；破碎围岩；加固；掘进
土城煤矿是盘江精煤股份有限公司下辖的一座生产能力300万吨/年的大型煤矿，矿井采用矿井开拓方式为平硐+斜井开拓，+1500m水平上下山开采，有四个生产采区（21、13、14、15采区），主平硐布置在21采区工业广场，经地表进入煤系底板，贯穿全矿四个生产采区，承担全矿煤炭运输及21采区的辅助、人员运输等，环复杂，安全管理难度大。为保证矿井的安全发展，需新布置一条行人平硐，故在21采区工业广场+1495m标高布置一条专门的用于行人的平硐，缓解+1495主平硐运输压力，但+1495m行人平硐需要通过地表第四系的松散破碎带及从公路下方，施工难度大，需要采取特殊的施工方式，确保施工的安全，下面简单介绍管棚注浆法在+1495m行人平硐超前加固技术的研究应用情况。
1、地质与生产条件
1.1地质概况
+1495m行人平硐地处于土城矿21采区范围，从地表第四系进入煤系21-30号煤层，煤层顶、底板岩性为粉砂岩和砂质泥岩。第四系以残积、坡积为主。岩性为碎石亚砂土及碎石粘土为主，分选性差，多未胶结。
1.2工作面的相邻关系
+1495m行人平硐开口往里37m将从地表公路下通过，最近距离为18.5m；地面最低标高为一小溪处，标高为+1513m，最高标高为1576m。
1.3掘进工作面过地表支护设计
采用ZY-150型液压钻机钻φ65mm的钻孔，安装DN45mm铁管制作的组合6m长的金属管棚再注水泥浆，待围岩胶结后破岩架设29U型钢拱形棚后浇灌混凝土支护。
1.3.1 管棚技术参数
管棚采用DN45mm铁管加工，2m长一根，尾端采用外螺纹便于与注浆高压管连接，其余部分采用内螺纹，采用内接头连接，每根管棚中部钻有φ6mm小孔。
1.3.2 U型钢棚技术参数
采用下净宽×净中高=6160×3680mm的29U型钢拱形棚，巷道净断面17.93m2，棚距500m，梁腿搭接长度450mm，卡缆间距170mm，搭接处使用三付卡缆。
1.3.3 浇灌混凝土支护参数
下净宽×净中高=5400×3300mm的半圆拱形巷道，净断面14.68m2，浇灌混凝土厚度500mm。待棚子支护达到2m时进行浇灌混凝土，局部地带压力大根据现场情况缩小距离及时浇灌。浇灌混凝土时将U型钢棚浇灌成整体，提高支护强度。
2、注浆方案的拟定
2.1加固材料性能状况
水泥浆为425#普通硅酸盐水泥，水灰比0.7～41，局部加水玻璃，浓度为45Be，用量为水泥用量的3～5%，注浆压力为1.0～2.0MPa。注浆材料为水泥膏体，水泥与水的重量配比为：1∶1，配和后采用注浆泵将水泥浆注入岩体内。
2.2注浆方案的拟定
2.2.1 注浆范围的确定
提前对掘进工作面前方破碎围岩带进行注浆加固，以提高岩体整体强度，预防工作面掘进时的冒顶、片帮，保证掘进工作面的安全生产。
2.2.2注浆加固岩体方案
2.2.2.1 注浆钻孔布置
工作面管棚注浆钻孔间距0.5m，孔径φ65mm，孔深6m，布置在巷道开挖断面轮廓线外0.2～0.5m。从掘进工作面左侧开始布置第一个管棚注浆钻孔，管棚注浆孔超前工作面1m，按+2°布置，注浆孔布置见下图：
2.2.3.2注浆钻孔封孔
根据岩体破碎程度位置现场确定封孔深度，封孔深度的确定以该注浆孔所处注浆加固段前500mm为宜。
封孔采用水泥浆封孔，在金属管棚注浆管尾端一根600mm处，钻2个直径20mm的孔，一个作为塑料封孔管安装孔，另一个作为封孔限位孔，将φ10mm的塑料封孔管从金属管棚内穿过封孔按装孔露出20～50mm，再将金属管棚注浆管外口采用锚固剂封严实后通过封孔器、封孔管注入封孔水泥浆，待封孔水泥浆通过限位孔流出将金属管棚的封孔位置封严实后抽出封孔塑料管，封孔水泥凝固24小时后注浆。
封孔水泥浆的重量配比为：水∶水泥=1∶2。封孔布置如下图：
3、注浆工艺流程
设计方案
⑴根据设计方案，钻孔深度按钻孔设计方案实施。
⑵注浆泵、注液枪及其附件组装连接好。
⑶开始注浆，将吸料管插入水泥浆注浆桶中，利用电动注浆泵进行注浆，及时添加水泥浆，防止注浆泵空吸，观察注浆比例。
⑷停止注浆，冲洗管路和注浆枪。
⑸换孔注浆。
⑹注浆完毕后，用清洗剂清洗注浆泵和附件。
4、注浆注意事项
4.1注浆注意事项
⑴现场注浆时可根据材料反应情况进行适当调整。
⑵注浆前，必须进行注浆泵和输送管路的耐压试验，试验压力必须达到最大注浆压力的1.5倍，即不能超过3Mpa，试验时间不得少于15分钟，无异常情况后方可使用。
⑶注浆过程中，注浆压力突然上升时，必须停止注浆泵运转，卸压后方可进行处理。
⑷当注浆压力达到2MPa或出现返浆严重时，即可换孔注浆，注浆顺序为自底向顶逐根进行。
⑸每次注浆后，应至少停歇30min，方可提拔止浆塞，以防高压浆喷出。
4.2单孔注浆标准
⑴达到设计注浆压力，并稳定1min以上；
⑵虽未达到注浆压力，但从其它孔窜浆；
⑶注浆工程中如发现异常情况，要及时停泵处理。
5、金属管棚施工注意事项
⑴金屬管棚间距为500mm， 局部地带压力大时，根据现场情况缩小距离；
⑵金属管棚间距可根据围岩压力及注浆的扩散率进行调整，但需达到将巷道开挖轮廓线外围500mm范围胶结成为整体；
⑶金属管棚安装要保证+2°的坡度，便于封孔水泥浆从限位孔流出，确保封孔的质量，保证注浆效果；
⑷金属管棚露出工作面岩壁长度≤100mm。
6、管棚、注浆加固力学机理
⑴通过注浆加固破碎岩体，使松散岩石胶结成整体结构，改变地表岩体的松散结构状况，提高松散岩体的整体强度；
⑵通过管棚、注浆超前支护，提前对巷道围岩的进行支护，改善了沿空巷道的围岩应力环境，减小了掘进时巷内支护的受力及巷旁支护的阻力，提高了围岩的稳定性；
⑶通过金属管棚注水泥浆使松散的岩石与金属管棚胶结成为一个整体，改变岩石的强度，发挥金属管棚及岩石的自身支撑作用，超前支护工作面的岩石以及在开挖后作为前探支护，为巷道的开挖提供了安全空间。
7、结语
土城煤矿+1495m行人平硐掘进期间，通过对掘进工作面围岩破碎位置采用管棚、水泥浆技术，工作面顶板稳定，安全的通过地表松散带及从公路及小溪下方通过，掘进过程中没有出现过冒顶、片帮等事故，提高了工作面过掘进的速度，从而确保了工作面快速、安全掘进，实现了安全生产。实践证明，管棚注水泥浆，能有效控制掘进工作面前方顶板，从而提高掘进工作面的安全可靠性、提高工作面的掘进速度，值得煤矿在过地表松散、破碎围岩加固或掘进过断层或过其他构造破碎带时有较大的推广应用价值。
【关键词】地表；管棚；注浆；破碎围岩；加固；掘进
土城煤矿是盘江精煤股份有限公司下辖的一座生产能力300万吨/年的大型煤矿，矿井采用矿井开拓方式为平硐+斜井开拓，+1500m水平上下山开采，有四个生产采区（21、13、14、15采区），主平硐布置在21采区工业广场，经地表进入煤系底板，贯穿全矿四个生产采区，承担全矿煤炭运输及21采区的辅助、人员运输等，环复杂，安全管理难度大。为保证矿井的安全发展，需新布置一条行人平硐，故在21采区工业广场+1495m标高布置一条专门的用于行人的平硐，缓解+1495主平硐运输压力，但+1495m行人平硐需要通过地表第四系的松散破碎带及从公路下方，施工难度大，需要采取特殊的施工方式，确保施工的安全，下面简单介绍管棚注浆法在+1495m行人平硐超前加固技术的研究应用情况。
1、地质与生产条件
1.1地质概况
+1495m行人平硐地处于土城矿21采区范围，从地表第四系进入煤系21-30号煤层，煤层顶、底板岩性为粉砂岩和砂质泥岩。第四系以残积、坡积为主。岩性为碎石亚砂土及碎石粘土为主，分选性差，多未胶结。
1.2工作面的相邻关系
+1495m行人平硐开口往里37m将从地表公路下通过，最近距离为18.5m；地面最低标高为一小溪处，标高为+1513m，最高标高为1576m。
1.3掘进工作面过地表支护设计
采用ZY-150型液压钻机钻φ65mm的钻孔，安装DN45mm铁管制作的组合6m长的金属管棚再注水泥浆，待围岩胶结后破岩架设29U型钢拱形棚后浇灌混凝土支护。
1.3.1 管棚技术参数
管棚采用DN45mm铁管加工，2m长一根，尾端采用外螺纹便于与注浆高压管连接，其余部分采用内螺纹，采用内接头连接，每根管棚中部钻有φ6mm小孔。
1.3.2 U型钢棚技术参数
采用下净宽×净中高=6160×3680mm的29U型钢拱形棚，巷道净断面17.93m2，棚距500m，梁腿搭接长度450mm，卡缆间距170mm，搭接处使用三付卡缆。
1.3.3 浇灌混凝土支护参数
下净宽×净中高=5400×3300mm的半圆拱形巷道，净断面14.68m2，浇灌混凝土厚度500mm。待棚子支护达到2m时进行浇灌混凝土，局部地带压力大根据现场情况缩小距离及时浇灌。浇灌混凝土时将U型钢棚浇灌成整体，提高支护强度。
2、注浆方案的拟定
2.1加固材料性能状况
水泥浆为425#普通硅酸盐水泥，水灰比0.7～41，局部加水玻璃，浓度为45Be，用量为水泥用量的3～5%，注浆压力为1.0～2.0MPa。注浆材料为水泥膏体，水泥与水的重量配比为：1∶1，配和后采用注浆泵将水泥浆注入岩体内。
2.2注浆方案的拟定
2.2.1 注浆范围的确定
提前对掘进工作面前方破碎围岩带进行注浆加固，以提高岩体整体强度，预防工作面掘进时的冒顶、片帮，保证掘进工作面的安全生产。
2.2.2注浆加固岩体方案
2.2.2.1 注浆钻孔布置
工作面管棚注浆钻孔间距0.5m，孔径φ65mm，孔深6m，布置在巷道开挖断面轮廓线外0.2～0.5m。从掘进工作面左侧开始布置第一个管棚注浆钻孔，管棚注浆孔超前工作面1m，按+2°布置，注浆孔布置见下图：
2.2.3.2注浆钻孔封孔
根据岩体破碎程度位置现场确定封孔深度，封孔深度的确定以该注浆孔所处注浆加固段前500mm为宜。
封孔采用水泥浆封孔，在金属管棚注浆管尾端一根600mm处，钻2个直径20mm的孔，一个作为塑料封孔管安装孔，另一个作为封孔限位孔，将φ10mm的塑料封孔管从金属管棚内穿过封孔按装孔露出20～50mm，再将金属管棚注浆管外口采用锚固剂封严实后通过封孔器、封孔管注入封孔水泥浆，待封孔水泥浆通过限位孔流出将金属管棚的封孔位置封严实后抽出封孔塑料管，封孔水泥凝固24小时后注浆。
封孔水泥浆的重量配比为：水∶水泥=1∶2。封孔布置如下图：
3、注浆工艺流程
设计方案
⑴根据设计方案，钻孔深度按钻孔设计方案实施。
⑵注浆泵、注液枪及其附件组装连接好。
⑶开始注浆，将吸料管插入水泥浆注浆桶中，利用电动注浆泵进行注浆，及时添加水泥浆，防止注浆泵空吸，观察注浆比例。
⑷停止注浆，冲洗管路和注浆枪。
⑸换孔注浆。
⑹注浆完毕后，用清洗剂清洗注浆泵和附件。
4、注浆注意事项
4.1注浆注意事项
⑴现场注浆时可根据材料反应情况进行适当调整。
⑵注浆前，必须进行注浆泵和输送管路的耐压试验，试验压力必须达到最大注浆压力的1.5倍，即不能超过3Mpa，试验时间不得少于15分钟，无异常情况后方可使用。
⑶注浆过程中，注浆压力突然上升时，必须停止注浆泵运转，卸压后方可进行处理。
⑷当注浆压力达到2MPa或出现返浆严重时，即可换孔注浆，注浆顺序为自底向顶逐根进行。
⑸每次注浆后，应至少停歇30min，方可提拔止浆塞，以防高压浆喷出。
4.2单孔注浆标准
⑴达到设计注浆压力，并稳定1min以上；
⑵虽未达到注浆压力，但从其它孔窜浆；
⑶注浆工程中如发现异常情况，要及时停泵处理。
5、金属管棚施工注意事项
⑴金屬管棚间距为500mm， 局部地带压力大时，根据现场情况缩小距离；
⑵金属管棚间距可根据围岩压力及注浆的扩散率进行调整，但需达到将巷道开挖轮廓线外围500mm范围胶结成为整体；
⑶金属管棚安装要保证+2°的坡度，便于封孔水泥浆从限位孔流出，确保封孔的质量，保证注浆效果；
⑷金属管棚露出工作面岩壁长度≤100mm。
6、管棚、注浆加固力学机理
⑴通过注浆加固破碎岩体，使松散岩石胶结成整体结构，改变地表岩体的松散结构状况，提高松散岩体的整体强度；
⑵通过管棚、注浆超前支护，提前对巷道围岩的进行支护，改善了沿空巷道的围岩应力环境，减小了掘进时巷内支护的受力及巷旁支护的阻力，提高了围岩的稳定性；
⑶通过金属管棚注水泥浆使松散的岩石与金属管棚胶结成为一个整体，改变岩石的强度，发挥金属管棚及岩石的自身支撑作用，超前支护工作面的岩石以及在开挖后作为前探支护，为巷道的开挖提供了安全空间。
7、结语
土城煤矿+1495m行人平硐掘进期间，通过对掘进工作面围岩破碎位置采用管棚、水泥浆技术，工作面顶板稳定，安全的通过地表松散带及从公路及小溪下方通过，掘进过程中没有出现过冒顶、片帮等事故，提高了工作面过掘进的速度，从而确保了工作面快速、安全掘进，实现了安全生产。实践证明，管棚注水泥浆，能有效控制掘进工作面前方顶板，从而提高掘进工作面的安全可靠性、提高工作面的掘进速度，值得煤矿在过地表松散、破碎围岩加固或掘进过断层或过其他构造破碎带时有较大的推广应用价值。