淺析注漿技術在煤礦生產中的應用

【摘要】主要闡述雙礦集團新安礦應用注漿技術進行巷道的支護加固。具有一定的推廣意義。

【關鍵詞】注漿技術；煤礦生產；支護加固

【中圖分類號】TD265.4【文獻標識碼】A【文章編號】1005-1074(2009)05-0256-01

隨著煤礦生產的發展，采礦新技術越來越被人們認可，也越來越多地被應用到生產實踐中來。采礦注漿枝術就是一種應用性極強，應用效果甚好的一種新技術。

雙礦集團公司新安煤礦是一個年產量220萬噸/年的青年礦井，自1984年投產以來，已經有25年的生產力史。近5年來，注漿技術被廣泛應用于我礦的安全生產工程中，取得了良好的效果，下面我就注漿理論和我礦的生產實際應用情況，對注漿技術作以分析。

煤礦采掘活動過程中，在節理、層理、裂隙等結構面非常發育的破碎煤巖體中開掘巷道，圍巖自穩時間短、破碎范圍大、變形強烈。單獨采用錨桿支護，由于圍巖破碎。錨固劑與圍巖黏結力小，錨固力低，錨桿力學性能不能充分發揮，很難有效控制圍巖變形。此外，對于高地應力，受強烈采動影響的巷道，掘巷后圍巖會產生明顯的高層、滑動，原生裂隙張開，并出現新的裂紋，導致圍巖松散、破碎，破壞范圍大，變形劇裂。對這類巷道進行二次加固或維修時，單獨采用錨桿支護也很難取行良好的支護效果。將錨固與注漿加固技術有機地結合在一起，是解決破碎圍巖巷道支護的有效途徑。

圍巖注漿加固是利用漿液充填圍巖內的裂隙，將破碎的巖體固結起來，改善圍巖結構的力學性能，提高圍巖整體強度，從而增加圍巖自身承載能力，保持圍巖穩定。下面就注漿加固原理、注漿材料，注漿參數三方面加以闡述，以便對注漿技術加以了解。

1注漿加固原理

1.1圍巖注漿加固機理主要有以下3方面。

1.1.1注漿提高巷道圍巖結構面的強度和剛度結構面發育的煤巖體，其強度和變形主要由結構面控制。一般情況下，結構面的強度與剛度比較低，容易發現高層滑動和張開，導致煤巖體強度降低，體積增大，引起巷道變形。加固材料可顯著提高不連續面的強度和剛度，從而提高巖體的強度，增加圍巖的自身承載能力。

1.1.2充填壓密裂隙注漿時漿液在泵壓的作用下，滲透充填一些裂隙，另外經擠壓可以使一些充填不到的裂隙閉合，從而降低煤巖體的孔隙率，改善裂隙、孔隙周圍的應力分布狀態，提高圍巖的強度。

1.1.3注漿封閉水源、隔絕空氣圍巖注漿可有效地封堵流水通道，防止或減輕水對圍巖的軟化，避免圍巖強度因水的影響而大幅降底。同時，圍巖注漿后封堵了裂隙，可有效地防止圍巖風化。

1.2注漿材料注漿材料一般可分為懸浮液型漿材和溶液型漿材，對應的有兩大類材料：一類是水泥基材料，是注漿加固應用最廣的材料，另一類是高分子材料，如脲醛樹脂、環氧樹脂、聚氨酯樹脂等。此外，還開發了各種復合材料，以改善注漿材料的性能。

2注漿參數

注漿加固參數主要有注漿時間、注漿壓力、注漿量、漿液擴散半徑以及注漿孔的布置參數等。這些參數都不同程度影響注漿加固效果。

2.1注漿時間注漿時間有兩層含義：一層是注漿過程所需要的時間，另一層是注漿與掘進進的間隔時間。關于注漿過程所需要的時間，對于裂隙、孔隙發肓的圍巖，為防止漿液在巷道內泄漏，注漿時在控制注漿壓力和注漿量的同時，還要控制注漿時間，注漿時間不宜過長，對于裂隙不發肓的圍巖，吸漿速度較慢，漿液擴散較困難，為提高注漿效果，應在提高注漿壓力的同時適當延長注漿時間。關于注漿與掘進的間隔時間，分超前注漿，同時注漿與滯后注漿。超前注漿在工作面掘進前實施，適用于圍巖極破碎，工作面一堀進就會引起冒頂，片幫的條件；同進注漿是巷道一掘出就進行注漿，滯后注漿指巷道掘出一定時間后再注漿。

2.2注漿壓力注漿壓力是漿液在圍巖中擴散的動力，它直接影響注漿加固質量和效果。注漿壓力受地層條件、注漿方式和注漿材料等因素影響。注漿壓力的選擇應注意壓力過高會引起劈裂注漿，很可能在注漿過程中導致圍巖片幫、冒頂。如壓力過小漿液難以向四周圍巖中擴散。注漿壓力主要取決于巖石滲透條件，有無壓力水，要求的滲透范圍大小及漿液性質等。對于水泥漿液加固，當圍巖破碎嚴重時可選0.5MPa左右的注漿壓力，比較破碎時取1MPa左右，裂隙較小時可采用1～2MPa。如果圍巖強度低，應控制注漿壓力不超過其抗壓強度的1/3。對于滲透性差，完整性好的巖石，可以采用增密注漿孔的辦法解決。

2.3注漿量由于圍巖巖性，裂隙發肓程度，松動范圍不同，圍巖吸漿量差別很大，同時受注漿壓力，注漿時間等因素影響，為了保證注漿能將裂隙充填密實，原則上應注到不吃漿為止。

2.4漿液擴散半徑漿液擴散半徑是確定注漿鉆孔布置參數（鉆孔密度、深度等）的重要依據。漿液在煤巖體裂隙中的擴散是不規則的，它隨著巖層滲透系數，裂隙寬度，注漿壓力，注入時間的增加而增加；隨著漿液濃度等參數來控制漿液擴散范圍的大小。

2.5注漿孔的布置參數注漿孔的布置參數主要指鉆孔的間排距與深度。注漿間排距的選擇與擴散半徑密切相關，注漿孔的孔距應使兩個注漿孔的擴散范圍有一定交叉，應比二倍擴散半徑小，取大約0.65~0.75的系數。注漿濃度應達到圍巖裂隙發肓、破碎區的邊緣。深部圍巖裂隙不發肓，漿液不易滲透，因此過深的鉆孔作用不大。

3實踐應用

我礦注漿技術成功應用范例很多，下面舉兩個比較典型的注漿加固巖體的實例。

2003年9月，我礦負500面翼大巷過F5斷層破碎帶，施工全巖大巷S毛=16m²，巷寬4.5m，巷高3.8m，半圓拱型斷面，坡度+5‰，在施工至F5斷層破碎帶時發生斷層泥大量突然涌出現象，由于當時是八點班與四點班交接班，主機皮帶有事故沒有運行，沒有造形人員傷亡事故，斷層泥沖出巷道210米，斷層泥淤積高度2m～3m，將工作面使用的30KW耙斗機整體向外推移150m，將巷道破壞嚴重，見圖1。

針對這種情況，技術部門拿出果斷措施，放工一個小斷面巖巷繞道過該斷層破碎帶，斷面S毛=9.0m²，架棚支護，并采用先進的注漿技術超前預注漿形成人工假頂，注漿材料使用馬麗散化學材料，用人工注漿使斷層泥局部固化，收到了良好的效果，成功地穿過了斷層破碎帶。

2008年2月，我礦負500煤倉內壁脫落片幫多處，嚴重威脅安全生產，通過春節檢修停產期間，對倉壁打設錨索并滯后注漿，注水泥水玻璃雙液漿技術固化巖體，既解決了錨索線腐爛問題，又提高了巖體的強度，效果良好。此外，我礦還經常使用注漿技術堵水，封閉采空區密閉周圍的裂隙等，通過應用，掌握了適合于我礦各種巖體的注漿參數及實際操作技能，很好地促進了我礦的安全生產，注漿技術在煤礦生產中大力推廣，使其發揮更大的作用。