井巷錨注加固技術應用評價與發展前景

楊 鹍 周地全

（皖北煤電集團公司五溝煤礦，安徽 淮北 235000）

1 礦井生產現狀

1.1 年產量不斷提高

五溝煤礦于2008年3月28日正式投產，礦井設計生產能力為60萬噸/年，服務年限為52年。通過企業上下一直努力，礦井產量逐年遞增，2010年礦井生產能力150萬噸/年。

1.2 礦井安全生產影響因素

五溝煤礦由于井田內煤系巖層構造復雜，開采條件具有軟巖分布范圍廣、高應力、斷層多、落差大等特點，其中南翼開拓準備巷道基本布置在10煤層頂板中，距10煤層法線距離15m～30m,巷道圍巖主要有鋁質、粉砂質泥巖，泥巖，細粉砂巖，經試驗，破壞時的應力分別28MPa（側壓）、14MPa（頂壓）、30MPa（底壓）左右，強度較低，巷道屬軟巖巷道，采掘集中，采動壓力影響范圍平距為160m～230m。

2 巷道失修原因分析

2.1 巷道失修狀況

2.2 巷道失修主要原因

2.2.1 巷道與開采煤層的空間關系不合理。從目前五溝煤礦采區內煤層的開采看，由于采面接替緊張，工作面開采后穩定期短，巷道受連續采動影響，多次采動的應力疊加造成巷道失修嚴重。

2.2.2 五溝煤礦巷道失修的主要原因是巷道巖性條件差、支護強度不足，受采動影響后極易破壞。為此，除了提高巷道的支護強度外，采用錨桿注漿加固是解決巷道失修的主要方法。

3 五溝煤礦錨桿注漿技術的發展歷程

3.1 五溝煤礦在2007～2010年間工作面回采后導致軌道大巷系統嚴重損毀，不能正常服務；由于預先采用了錨桿注漿加固，回采后大巷變形量不大，簡易維修后大巷得到了有效的維護。

3.2 在此實踐基礎上，1018工作面距南一采區軌道大巷法向距離為31米，在回采動壓影響之前，對相關的運輸巷道采取了預先錨桿注漿加固，。2005年3月份，當1018工作面推進到距南一采區軌道大巷150米（平距）時，對相關巷道進行錨桿注漿加固，加固巷道范圍包括南一采區軌道大巷、南一采區變電所、南二采區索道斜巷等巷道。方案實施前，對相關巷道的圍巖條件、支護形式進行了認真、仔細的研究，確定了加固方案。采用的關鍵技術指標如下：

3.2.1 深孔注漿：根據巷道圍巖裂隙度以及避免高壓漏漿，決定采用深孔注漿，注漿錨桿長2.0米。

3.2.2 密集布置：考慮到巷道圍巖未受采動影響，每根錨桿漿液擴散半徑約為1.0米，決定注漿錨桿間排距1.5米*1.5米，保證漿液交叉范圍不小于0.5米，確保圍巖裂隙充填嚴實。

針對上述問題，建議：優化我國生物醫藥企業研發支出的信息披露情況，完善相關部門披露制度，加強監管力度，提高企業執行度

3.2.3 高壓預注：足夠的壓力也是保證注漿效果的重要指標，確定注漿壓力為2.0～4.0兆帕。

3.2.4 超前補強：注漿水泥等材料達到支護強度的時間為28天，為保證被注巷道的抗壓能力，巷道在受影響前一個月對巷道注漿加固完畢。

4 錨桿注漿技術的發展方向與展望

4.1 建立巖巷邊掘邊注的加固長效機制

圍巖注漿加固是利用漿液把圍巖的各種弱面充實，并把弱面充填體與四周巖體重新膠結起來，從而提高圍巖的整體穩定性及其力學性能，改善圍巖的物理指標，注漿可以達到以下效果：

4.1.1 提高巖體強度，改善弱面的力學性能。即提高裂隙的粘聚力和內摩擦角，增大巖體內部巖塊間相對位移的阻力，從而提高圍巖的整體穩定性。

4.1.2 形成承載結構。對破碎松散巖體中的巷道注漿加固，可以使破碎巖塊重新膠結成整體，形成承載結構，充分發揮圍巖的自穩能力。

4.1.3 改善賦存環境。軟巖巷道圍巖注漿后，漿液固結體封閉裂隙，阻止水氣浸入內部巖體，防止水解風化，保證圍巖力學性質合理，實現長期穩定。

4.2 修護巷道推廣兩次耦合加固技術

五溝煤礦10煤頂底板雖為粉砂巖，但層理發育，強度較低，受采動影響之后，裂隙交錯，巷道圍巖變形速度快、位移大。受采動壓力影響，圍巖裂隙被激活或產生新的裂隙，造成巷道的支護體不能承受上部松散巖石的重量而屈服破壞。在實際錨注過程中，由于有些巷道失修嚴重，圍巖破碎，存在大量的裂隙，現場表明，在打1.0米以上的鉆孔時出現了嚴重的卡鉆現象，鉆桿無法拔出，因此采用了兩步耦合注漿加固。

4.2.1 兩步耦合注漿加固機理

首先對巷道淺部圍巖進行注漿，達到封閉圍巖表面裂隙、充填巷道壁后空隙的目的，同時也為深部注漿提供條件；然后二次深孔注漿，高壓漿液充填深部圍巖裂隙，消除弱面，增強圍巖的強度與剛度，使圍巖的狀態由弱面失穩轉變為圍巖本身控制，從而提高了圍巖的自身承載能力，使支護體和圍巖之間達到強度、剛度及變形上的耦合，改善圍巖承載狀況。

4.2.2 兩步耦合注漿加固參數設計及優化

4.2.2.1 合理設計注漿參數

（1）注漿壓力受圍巖特性、注漿能力、注漿方式等因素的影響。若注漿壓力過小，漿液難以向圍巖中擴散，達不到預期的注漿效果；若壓力過大，則會導致淺部注漿過程中巷道表面出現冒頂、片幫或開裂。在淺部注漿時，由于巷道表面和圍巖發育，巖塊破碎，采用的注漿壓力不宜過大，初步確定為1～2MPa；深部注漿時，注漿壓力確定為 2～4MPa。

（2）注漿量。漿液的注入量受到注漿壓力、注漿時間、圍巖裂隙的發育程度及破碎狀況、滲透性等因素的影響。為保證巷道圍巖裂隙被充填密實，注入的漿液盡量保證裂隙被充填滿，施工中注漿量以達到注漿壓力時為止。

（3）注漿孔的布置?？紤]圍巖淺部裂隙較為發育，為防止漿液向外流失，應有一定封孔深度，即注漿孔不能過淺；同時為了克服鉆進時出現卡鉆現象，實踐表明初次注漿孔深度在1.0～1.2米為宜。二次耦合深孔注漿時，要根據圍巖松動圈確定錨桿的長度，二次耦合注漿錨桿長一般在2.0米以上。

（4）注漿孔的間排距。注漿孔的間排距主要由漿液的擴散半徑確定。為達到注漿效果，兩孔的孔距應保證注漿后漿液滲透范圍由一定的交叉，所以應小于2倍的擴散半徑。

（5）二次耦合注漿加固合理時間的確定。初次淺部注漿加固后，合理確定二次耦合注漿加固時間十分重要，過早或過晚都達不到耦合的效果。由于注漿材料主要材料為水泥，而水泥達到支護強度的時間一般為28天，所以二次耦合注漿滯后時間以一個月為好。

4.2.2.2 注漿材料的選擇

注漿材料由無機和有機兩個系列，由于有機材料價格昂貴，一般不予采用，而無機材料價格較低，被廣泛應用。無機材料以水泥（主料）＋水玻璃（速凝劑）為主。為了減少漿液流失，提高凝固速度，淺部初次注漿一般采用水泥+水玻璃雙液漿。而深部二次耦合注漿一般采用水泥單液漿，確保更高的支護強度。

4.2.2.3 施工工藝。巷道圍巖注漿加固質量的好壞，在很大程度上取決于注漿施工工藝。圍巖淺部注漿時采用雙液注漿；圍巖深部注漿時，由于淺部圍巖被漿液充填密實，封閉了很大圍巖，提高了圍巖強度和改善了圍巖鑿巖條件，漏漿問題得到很好的解決。因此，采用工藝簡單、便于操作的單液水泥漿。兩步耦合注漿加固施工工藝如下：封閉巷道表面裂隙——鉆孔——封孔——注漿——管道與設備的清洗。

[1]侯朝炯等.煤巷錨桿支護[M].徐州：中國礦業大學出版社，1999.

[2]林錫章，張萬惠，段福民.井巷工程[M].北京，煤炭工業出版社.