注漿技術在深井強動壓軟巖巷道圍巖控制中的應用

李東超

摘 要：本文分析了注漿加固技術基本特點，探討了注漿壓力、注漿孔深、注漿孔間排距、注漿加固部位的確定條件，并且介紹了注漿加固技術在丁集煤礦深井強動壓軟巖巷道圍巖控制中的實際應用。

關鍵詞：注漿技術 深井 強動壓 軟巖巷道 圍巖控制

中圖分類號：TD263 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）02（a）-0163-01

1 注漿加固技術基本特點

淮南礦區丁集煤礦平均采深已接近800 m，屬于典型的深井。實踐證明，巷道注漿技術在深井強動壓軟巖巷道圍巖控制中可以取得良好的應用效果。由于巷道注漿的有效加固區是周邊的淺部巖層，在改變圍巖性質方面表現成以下特點。

（1）淺部圍巖的應力降低是因為巷道塑性變形的產生，它和未遭破壞的巖體應力解除不同，淺層圍巖的適應力不斷變小是因為巖石和它的承壓力都出現了降低，在這種情況下，圍巖已經屬于降低區，周邊環境對其的制約性也出現了降低，但是盡管這樣，圍巖的承壓能力還是沒有發生本大的變化，它的強度主要通過縫隙與縫隙之間的摩擦強度來影響，沒有受到任何破壞的巖石的承壓力會出現降低。

（2）宏觀縫隙的普遍存在使得巖塊與巖塊之間的孤立不斷地加大，連接不再緊密，打破了巖石之間彼此傳力機制的完整性，讓巖塊整體的承壓了處于一種隨時奔潰的情況下，很快形成，巷道礦壓表現為頂板下沉、兩幫擠入、底鼓及全斷面來壓。

注漿加固技術的實施室在圍巖變形尚未穩定時進行，所以注漿加固技術的主要特征是考慮圍巖變形的動態影響。因而注漿參數包括與圍巖破壞及變形對應的注漿深度和注漿加固體強度，以及注漿孔間排距、注漿壓力等與巷道圍巖裂隙滲透性能相關的注漿參數。

2 注漿壓力的確定

注漿壓力需要根據巷道圍巖具體情況進行確定，對于新掘巷道，注漿終壓一般為2 MPa，其他巷道條件要滿足的原則：（1）對于巖性軟弱的巖體，控制注漿壓力不超過抗壓強度的1/10。（2）對于滲透性差的巖體，應加密注漿孔注漿。（3）對于有明顯裂隙的巖體，注漿壓力不超過2 MPa。（4）對于裂隙發育嚴重破碎的巖體，注漿壓力不要超過1 MPa。（5）對于裂隙開度較小的巖體，注漿壓力一半采取1～2 MPa。

巷道圍巖注漿壓力差異較大，但在丁集煤礦進行巷道注漿加固時，提供的注漿壓力一般低于同類注漿工程，其原因主要有兩個：（1）明確提出了注漿方式，并選擇合理的注漿時機在圍巖滲透系數最高時開展注漿。（2）選用了高水速凝材料作注漿液，與普通水泥材料相比，低粘度良好的流動性可以大大降低注漿壓力。

3 注漿加固深度和注漿孔深

注漿深度也是巷道圍巖注漿的一個特殊參數注漿加固深度的確定歸結為巷道圍巖的破碎區范圍的確定，一般可用聲波測試圍巖的破碎區范圍或用多點位移計觀測分析圍巖的破碎區范圍，也可以用經驗公式估算裂隙發育區半徑。30 d裂隙發育區半徑的相對比值有如下關系：頂板（與巷道半寬比）：；兩幫（與巷道半高比）：。式中：σc分別為頂板及兩幫巖石的單軸抗壓強度。

經驗表明，一般效果明顯的注漿深度不超過1.0～1.5 m，這個加固深度即可以實現巷道圍巖的穩定，為保證該范圍內的圍巖得到有效加固，一般注漿深度設計為2.0～2.5 m，進一步加大注漿孔深作用甚微。煤礦的實際情況表明，注漿孔設計若超過2.5 m，常規施工機具也難以完成。

4 注漿孔間排距

采準巷道沿順層布置，在沉積巖分布規律下，必有主導裂隙的延伸方向和巷道軸線呈現銳角角度，所以，巷道軸向的滲透性能一般情況下是比較高的，可以適當增大注漿孔排距。實測表明，巷道表層軸向滲透距離可以達到2.0～3.0 m，設計注漿孔距應使兩個注漿孔的滲透距離有一個交叉，可以取0.65～0.75的系數，即注漿孔排距一般為1.2～2.2 m。

考慮到施工和操作方便，注漿孔排距通常為金屬支架中棚距或者錨桿排距的2～3倍，注漿孔間距除了考慮裂隙的滲透性能外，還受巷道形狀，圍巖破碎程度等的影響，10 m2左右的巷道全斷面注漿加固時一般需6～8個注漿孔。

可按如下原則根據實際情況調整：（1）關鍵縫隙之間的網狀結構的實現狀況，情況比較好的允許使用較大的間排距，反之則要加密孔間距。（2）注漿孔與關鍵裂縫中間的位置情況，對關鍵縫隙表面調控器程度高，能夠縮小注漿孔口、反之需要加密。（3）適當提高注漿壓力的數值、使得注漿時間加長，可以增加注漿量，減少注漿孔。

5 注漿加固部位

根據巷道煤巖體賦存狀態和礦壓顯現，采用加固幫角控制底鼓技術，進而保護巷道穩定性。該理論為我們局部加固提供了理論依據，也已被實踐所證實。

通過對幫角加固，可以有效提高圍巖體整體強度，有效減弱該處巷道圍巖應力的集中避免幫角破壞而引起的巷道變形。另外，幫角加固技術及工藝的實施比處理底板更加容易，所以，幫角加固技術是控制巷道穩定的關鍵，是巷道維護的基本規則。

因而，巷道圍巖注漿部位的設計可根據巷道的重要性、維護周期等因素靈活選取，建議一般采準巷道采用加固幫角的局部注漿加固方案。

6 工程實例

丁集煤礦某工作面軌順底抽巷頂板以砂質泥巖、泥巖為主，并且部分處于斷層影響區，為使巷道頂板保持完整，對此巷道實施噴注漿加固。

當混凝土噴層穩定后，進行注漿，注漿材料可選擇425#硫鋁酸鹽快硬水泥或化學漿液，普通水泥漿液水灰比小，凝結時間長、加固效果差。水：快硬硫鋁酸鹽水泥的水灰比為0.9～1。注漿超前工作面250 m進行。

注漿管規格：Φ20×2600×1.8 mm。注漿管長度2600 mm，采用外徑20 mm，壁厚 1.8 mm；冷拔無縫鋼管制成；沿鋼管底端1600 mm長度范圍內成“十”字交錯開孔四組，孔徑8 mm，孔距200 mm；注漿孔深3200 mm，封孔深度為800 mm，孔徑42 mm，注漿壓力2.5～3.0 MPa。注漿孔排距1600 mm。

施工完成后，在巷道布置了測站對圍巖變形情況進行監測，從得到的數據中分析可知，采用注漿加固技術后，施工的巷道頂底板移近量只有185 mm，兩幫移近量只有98 mm，較之以往同類別的巷道變形情況，頂底板移近量下降了63%以上，兩幫移近量下降了80.4%，巷道變形情況得到了非常大的改善，說明注漿參數的設計是合理的。

參考文獻

[1] 王崇景，盧衛東，張英峰.注漿技術在軟巖巷道修復中的應用[J].煤炭技術，2008，27（1）.

[2] 王正才.注漿加固技術在極軟巖巷道支護中的應用[J].采礦技術，2010（S1）.