*基金项目：湖南省自然科学基金资助项目（04JJ3113）收穑日期：2005-博士教授杨磊（1982-）硕士研究生研究方向为岩石力学与巷道围岩原因为：（1）巷道围岩的岩性及构成+60水平运输大巷顶底板为粉砂岩，层理发育，强度较低，受采动影响之后，裂隙交错，巷道1工程概况60水平运输大巷埋深250m，布置在I号煤层底板的粉砂岩中，距煤层底板的平均距离为7m.巷道断面为直墙半圆拱，宽2墙高1.4m，采用料石砌碹支护，砌碹厚250mm.I号煤层顶板岩性较弱，主要为节理发育的页岩。

　　由于煤层自燃发火严重，采用跨巷开采，所以底板巷道均受到采动影响。上部煤层开采期间及开采过后，巷道矿压显现极其明显，由于没有及时加强支护，巷道断面严重变形，出现了顶板破碎、冒落，两帮位移量大，局部地方还出现了一定程度的底鼓，部分巷道断面收缩率达到50以上，给矿井的可持续开采、通风、行人及安全等造成重大影响。

　　2巷道破坏机理研究引起巷道变形的力学机制较为复杂，影响因素较多，不仅与岩石本身的物理力学性质、构造的分布等有关，而且与巷道的力学环境及支护方式有关。根据巷道变形破坏情况，经现场观测和理论分析认为，影响本矿巷道稳定、造成巷道破坏的主要。步是合（痒浆hilt压浆液充填岩体中1的微小（裂Wishing注浆孔的布置served.围岩变形速度快、位移大。而巷道采用料石砌碹支护，支护体与巷道围岩之间存在刚度和变形的不耦合。当某些部位出现不耦合时，支护体不能抵御巷道围岩变形与破坏时，支护体和围岩将在其不耦合的部位发生变形和破坏，进而导致整条巷道失稳。

　　由于本矿采用跨巷开采，当开采巷道上覆煤层时，采动引起的岩层应力增加到原岩应力的2~3倍，而本矿煤层赋存极不稳定，煤层与巷道顶板的距离平均为7m，但有时只有3~ 4m，甚至更短，当受到移动支承压力影响时，巷道围岩位于应力集中区，巷道压力显现明显，在局部区域（关键部位）引起巷道和支护体破坏。

　　从已垮落的巷道测到围岩松动圈厚度为2 75m之间，砌碹支护只是被动地支撑着2 75m厚的松动围岩重量，而对2 75m以外的围岩没有任何主动支护作用，只能任其在动压作用下，围岩中的裂隙被激活或产生新的裂隙，造成巷道的破坏。围岩的自身承载能力没有得到发挥，积聚的应力不能及时释放，砌碹支护难以承受不断增大的围岩压力作用，支护体与围岩之间强度的不耦合也导致了巷道的变形和破坏。

　　3加固方案的确定及加固机理1巷道加固方案的确定近年来，锚喷网注为巷道支护开辟了一条新的途径，在破碎巷道的修复与加固中得到广泛应用。但是，对该矿+60大巷进行加固时，存在如下难以克服的问题：①由于巷道变形严重，采用密集木支架对巷道进行了临时支护，无法对巷道表面进行正常的喷射混凝土。②巷道顶板极其破碎、两帮充填不实，存在大量空隙，在打0 6m以上的钻孔时出现了严重的卡钻现象，钻杆无法拔出。

　　因此，传统的锚喷网注联合支护的巷道支护与加固方法在该段巷道的加固中无法正常进行。针对以上情况，结合现场实际，运用我国软岩专家理步是对巷道围岩浅部注浆，第二部对深部进行耦合注浆，并研究了两步耦合注浆机理和浆液在围岩中的扩散规律。

　　32两步耦合注浆加固机理步是对巷道围岩浅部注浆，作用是封闭围岩表面裂隙、充填巷道壁后空隙，将破碎的岩体固结起来，改善围岩结构，为深部注浆创造条件；第隙，提高围岩的内摩擦角和内聚力，提高弱面的强度和刚度，围岩的破坏由原来弱面控制转化为由强度较高的围岩本身控制，弱面强度和弹性模量等力学性能的改善，大大地提高了岩体强度，从而提高了围岩的自身承载能力，使支护体和围岩之间达到强度、刚度和变形上的耦合，围岩由塑性变形的极限平衡状态转化为稳定平衡状态，从而保证支护围岩系统的长时稳定。

　　4两步耦合注浆加固关键技术41注浆加固材料的选择注浆材料种类很多，有无机和有机两大系列，其中无机浆材系列中的水泥-水玻璃浆材具有材料来源广、价格低廉、凝结时间便于调节、可单双液注浆等优点，能满足巷道耦合注浆加固的要求。该类浆液中水泥为主料，水玻璃为速凝剂，通过调节水玻璃的用量来控制凝结时间。

　　42耦合注浆关键参数确定两步耦合注浆加固的关键参数有：注浆压力、注浆量、浆液扩散半径、注浆孔的布置、二次耦合注浆滞后时间。

　　注浆压力受围岩特性、注浆性能、注浆方式等因素的影响。若注浆压力过小，浆液难以向围岩中扩散，达不到预期的注浆效果；若注浆压力过大，则会导致在注浆过程中巷道表面出现冒顶、片帮或开裂。施工中，浅部注浆时，由于巷道表面和围岩裂隙发育，严重破碎，采用的注浆终压为0~1MPa；深部注浆时，注浆终压为2MPa.浆液的注入量受到很多因素的影响，如注浆压力、注浆时间、围岩裂隙的发育程度及破碎状况、渗透性等。为保证巷道围岩裂隙被充填密实，注入的浆液应尽量保证裂隙被充填满，施工中注浆量以达到注浆压力时为止。

　　浆液扩散半径是确定注浆孔布置及孔深的重要依据。影响扩散半径的因素很多，主要取决于注浆压力、围岩力学性质、裂隙密度及开度、浆液的流动力学参数及初凝时间等。浆液的扩散半径可以根据注浆施工现场漏浆情况来推测。由于该段巷道较为破碎，浆液渗透性好，施工中通过观察漏浆情况发现：漏浆地点距注浆孔在5m左右，大达10m，即浅孔注浆时浆液扩散半径约为5m；深孔注浆时，通过钻孔检测，浆液扩散半径约为3m.注浆孔的布置主要考虑注浆孔的深度及间排距等。

　　围岩浅部裂隙较为发育，为防止浆液向外流失，应有一定封孔深度，即注浆孔不能过浅。考虑到本段巷道钻孔时出现严重卡钻现象，为保证封孔深度，注浆孔空间布置均与巷道表面成一定角度，巷帮注浆孔与巷道轴线方向成布置，顶板注浆孔与巷道轴线方向成453布置。浅孔注浆时，钻孔深度保证在06m1m.深孔注浆时，注浆孔与巷道表面垂直，注浆孔深度根据围岩的松动圈范围确定，因松动圈厚度为275m，施工中设计围岩深部注浆的注浆孔深度为2注浆孔的间排距主要由浆液的扩散半径确定。

　　为达到注浆效果，两孔的孔距应保证注浆后浆液渗透范围有一定的交叉，所以应小于2倍的扩散半径。施工中，根据浆液的扩散半径确定注浆孔的间排距。浅孔注浆时，由于浆液扩散半径较大，间排距较大时既能满足注浆的要求，因此，施工中排距取3m，间距为1.5m；而深孔注浆时，浆液扩散半径为3m，施工中取排距取2 5m，间距为1.注浆孔布置水平切面图如所示。

　　5浆液在围岩中的扩散规律60水平运输大巷耦合注浆加固工程实践表明，各注浆孔的注浆量差别很大，且浅部注浆孔一般比深部注浆孔所注浆液要多出许多，有的浅部注浆孔注了1500kg的浆液，而有的深部注浆孔只注2030kg，甚至根本注不进去，即使同为浅部注浆孔或深部注浆孔，其所注浆液也相差很大。分析各孔注浆量相差悬殊的原因，研究浆液在围岩中的扩散规律，对两步耦合注浆加固设计和施工有重要意义。

　　51围岩裂隙与渗透性的关系根据裂隙的成因不同，围岩在的裂隙基本上可划分为3类：原生裂隙、构造裂隙和次生裂隙。前两类裂隙面一般经过胶结物胶结，多为闭合的裂隙面，致使浆液很难注进。次生裂隙面是由于巷道的开挖，围岩中的原生裂隙和构造裂隙开度增大，非开裂裂隙面转化为开裂裂隙面，岩体的渗透性增大，尤其是受采动移动支承压力影响的原生裂隙和构造裂隙对浆液扩散影响很大1.从斜岭矿+60水平运输大巷耦合注浆加固工程实践来看，垂直于巷道轴向各断面的注浆量离散性很大；而平行于轴向各列注浆量从帮脚到拱顶则呈现逐渐增大的现象。可见，浆液沿巷道轴向扩散较易，扩散范围较大；而沿巷道径向方向浆液扩散较难，扩散范围较小，这在浅部注浆中更为普遍。通过现场观测，浅部注浆中，有的注浆孔浆液沿巷道轴向扩散达10m以上。浆孔浆液沿巷道轴向扩散达10m以上。说明宏观上巷道周边围岩松散破碎、裂隙发育，裂隙张开度大，渗透性好，这与巷道破坏机理分析是吻合的。由于围岩注浆时的这种宏观特性，导致某个注浆孔的浆液可能扩散的相邻注浆孔而漏浆。正是由于这个原因，导致各孔和垂直于巷道轴向各断面的注浆量差别很大。为防止串浆，提高注浆孔内浆液的强度与时增的约束性，采用跳排间隔注浆方式进行。

　　52注浆压力与浆液扩散类型的关系耦合注浆实践表明，在注浆压力的作用下，围岩裂隙在注浆的过程中有可能张开，当注浆结束后，被扩大的裂隙将回缩，当压力高于1MPa时，裂隙的扩大值将完全密封，甚至产生注浆预压力。从斜岭煤矿+ 60水平运输大巷耦合注浆加固工程可以概括出耦合注浆压力p随时间t变化的5种典型曲线，如所示。

　　中曲线1和曲线2为围岩浅部注浆的典型曲线H曲线3、曲线4和曲线5为围岩深部珠的巷道围岩耦合注浆压力变化规律典型曲线。曲线1表明浆液的压力一直难以达到设计压力，说明浆液在围岩中扩散范围较大，扩散较为容易，经现场分析知，出现这种情况的原因是围岩裂隙与采空区或废旧巷道贯通，浆液扩散到采空区或废旧巷道中，出现这种情况后应根据现场实际情况调整注浆孔布置，进行复注；曲线2是围岩浅部注浆的典型曲线，由于浅部围岩松散破碎，浆液主要是充填扩散，渗透阻力较小，注浆压力上升较慢，注浆量大；曲线3表明浆液沿裂隙扩散，当扩散范围较大时，由于浆液的粘滞阻力增大，注浆压力迅速增大到设计值；曲线4表明，浆液扩散过程中，在浆液压力的作用下围岩产生了劈裂，微裂隙张开度增大，当浆液扩散到张开度较大的裂隙中时，注浆压力又显著降低，而后注浆压力也会迅速增大到设计值；曲线5表明，在浆液扩散过程中，在注浆压力作用下产生了挤压作用，已有裂隙的张开度增大，但注浆压力并不下降，同时，由于浆液的粘滞阻力增大，注浆压力也很快达到设计值。通过现场实践表明，当注浆量较大时，注浆压力一般较小，而注浆量较小时，注浆压力则很快达到设计值。

　　6耦合注浆加固效果检验耦合注浆加固效果通过围岩表面变形量来检测。为监测耦合注浆后围岩表面变形量，在已加固的巷道内布置二个断面监测两帮移近量和顶底板移近量，监测结果如所示。

　　巷道表面变形监测结果Hi、H2-1、2断面顶底板移近量；Bi、B2-1、2断面两帮移近量7结语从耦合注浆加固工程实践研究了浆液在围岩中的扩散规律，并概括出耦合注浆压力p随时间t变化的5种典型曲线，围岩中浆液扩散存在充填、挤压和加固等多重作用。

　　检测结果表明，通过两步耦合注浆加固，改变了巷道围岩的内磨擦角，提高了围岩的强度，充分发挥了围岩自身的承载能力，巷道表面变形量较小，巷道围岩由塑性变形的极限平衡状态转化为稳定平衡状态，实现了围岩和支护体在强度、刚度和变形上的耦合，取得了良好的加固效果，为类似巷道提供了。