煤礦采空區防水墻及注漿技術的應用

李民樂

（山西煤炭運銷集團店上煤業有限公司，山西 太原 030002）

引言

煤礦井下巷道經過開采之后會出現采空區，導致該區域內圍巖頂板的強度有所降低，為了避免采掘作業過程中發生頂板冒落，應當采取相應的技術措施進行加固處理。因注漿技術具有施工速度快、操作簡單等優點，在煤礦井下加固工程中獲得了廣泛應用。

1 工程概況

店上煤業永久避難硐室工程巷道的設計凈寬和凈高分別為4.0、3.5m，該硐室位于3號煤層中部軌道大巷與膠帶大巷之間，掘進期間需穿過兩處長約18m的采空巷。避難硐室可同時容納70人，設計采用半圓拱斷面雙層支護，第一層采用錨桿錨網索聯合支護；第二層采用支護等級為C30的素混凝土支護。錨桿規格為0mm×2 400mm螺紋鋼樹脂錨桿，采用三花布置，間排距為800mm；錨索規格為17.8mm×8 300mm的鋼絞線，其長度要以實際探測的頂板巖性進行確定，要求錨索必須錨至頂板穩定的堅硬巖層中不小于1.0m，錨索布置在兩排錨桿之間，間排距為1 600mm；避難硐室底板采用強度等級為C30的素混凝土澆筑100mm。為了進一步提高永久避難硐室圍巖頂板的強度，可以對其進行注漿加固。

2 注漿加固技術在煤礦井下的具體應用

2.1 注漿加固方案

由于本工程的圍巖頂板本身強度較低，巷道圍巖中形成了較大松動圈，增加了加固的范圍。為使支護結構本身的承載力獲得進一步提升，可采取低壓淺孔與中高壓深孔相結合的技術方案。先采用淺孔和低壓對煤層破碎的圍巖進行注漿充填，控制好巷道掘進工作面前上方的注漿壓力；在中高壓深孔注漿方案中，要以低壓淺孔充填注漿加固為基礎，將深孔布置在具備一定厚度的加固封閉圈上。通過實施該技術方案，不但能夠使注漿范圍獲得有效擴大，而且還能使低壓淺孔注漿加固體的承載力得到顯著提升。

2.2 注漿孔布設

從工程性質的角度上講，注漿加固具有一定的隱蔽性，當漿液注入到孔內后，會有很多因素影響漿液的擴散［1］。在實際工程中，可以按照以往的注漿加固經驗，結合工程情況，對注漿孔進行布設。在本工程中，注漿孔的孔距按照1.0m進行設計，每個斷面上布置12個鉆孔，沿著運輸大巷的周邊布置7個長度為3.0m的注漿短孔，孔間距為1.0m，排距設置為1.5m。同時使用風鉆對淺孔進行打眼，使用探水鉆對深孔進行打眼。

2.3 注漿材料的選擇

在本工程當中，注漿材料的選擇直接關系到加固的質量，經過技術經濟性比選之后，采用了高性能雙液注漿材料［2］。注漿材料的配比如下，漿液的水灰質量比為0.8～1.0，摻入質量分數為3%的速凝劑，漿液結石率控制在92%以上，且強度至少為10MPa；深孔注漿的材料為A、B混合料添加外加劑，該外加劑具備高滲透性。注漿材料的配比如下，漿液的水灰質量比為0.8，漿液結石率控制在95%以上，且強度至少為12MPa。

2.4 注漿參數

1）注漿壓力。依據同類工程經驗，并結合本工程的特點，將淺孔的注漿壓力設定為2.0～3.0MPa，漿液的擴散半徑應當控制在2.0m左右；深孔的注漿壓力控制在5.0MPa以內，加固范圍控制在掘進迎頭前方10m左右，漿液擴散半徑可控制在2.0m左右。

2）注漿量。淺孔注漿的注漿量可控制在1.0t／m漿液，注漿時間可控制在30min以內；深孔注漿的注漿量可控制在1.0t／m漿液，并在淺孔注漿完成后1h內進行。

2.5 施工技術要點

為了加快注漿施工速度，提高注漿施工質量，應當按照先淺孔、后深孔的作業順序進行注漿。

1）根據設計要求埋設預埋管，并控制好預埋質量，避免管路堵塞等問題的發生。同時，注漿設備應配置壓力控制閥，當注漿壓力過大時，注漿自動停止，可避免因壓力過大，造成管片錯臺問題的發生。此外，為防止漿液進入壓力表，其與管路之間應當設有隔漿裝置。

2）根據預先設計好的鉆孔位置和參數打注漿孔。進行該道工序的作業時，現場施工人員必須做好泵管的連接工作，在確認連接無誤以后，方可啟動注漿泵，然后再開啟漿液攪拌機，認真觀察其運轉是否正常。確認所有設備正常后，便可準備注漿。

3）現場施工人員按照預先設計好的漿液配比，將所用的材料全部放入攪拌機內，然后將拌合好的漿液裝桶備用。

4）正式注漿前，需要將注漿管與孔口管連接到一起，并確保接頭嚴密，避免漏漿；隨后，便可將注漿管插入裝有漿液的桶中，開啟注漿泵向孔內進行注漿。如果注漿時出現漿液滲漏，要及時采取有效的措施進行堵漏處理［3］。

5）停止注漿的標準為漿液注入量達到設計要求，此時可將與三通閥相連接的軟注漿管卸下，然后將其連接到下一個注漿管的三通閥上，并依據上述作業流程對未進行注漿的孔逐次注入漿液。

6）當全部鉆孔都完成注漿后，施工人員可以使用清水對相關設備進行沖洗，如注漿泵、攪拌機等，并在注漿管流出清水后停止。

2.6 質保措施

1）做好注漿試驗，將試驗結果作為確定最佳注漿壓力的可靠依據。注漿試驗選擇在第一個注漿孔進行，根據頂板的破碎程度以及試驗中獲取的漿液在區域內的滲透性參數，合理確定注漿壓力。

2）在注漿施工過程中，若出現跑漿、漏漿問題，則必須適當減緩注漿速度和注漿壓力［4］。對于泄漏點的處理，既可以采用棉紗或水泥進行封堵，也可以利用注漿液自身具備的速凝性進行封堵，以避免再次出現跑、漏漿現象。

3）為了保證注漿施工質量，必須建立健全崗位責任制和施工質量檢查制度，將質量責任落實到各班組，要求每個施工班組對施工過程做好記錄，加強對注漿工藝參數的嚴格控制，不得出現違規操作行為。

4）合理確定漿液配比，使漿液性能滿足施工要求。同時還要對漿液的攪拌時間進行嚴格控制，確保漿液拌和的更加均勻，提高漿液的結石率，并使其強度達到設計要求。

5）做好原材料運輸與供應管理工作，確保漿液配制及時，以免影響注漿施工質量。

6）應當配置專人對注漿施工進行質量監督和管理，認真觀察注漿壓力表的變化，同時可依據漿液滲漏的情況，對注漿壓力進行適當調整［5］。

2.7 安全措施

1）在施工之前，對施工人員進行安全技術教育、現場指導以及模擬訓練，確保施工人員掌握和遵守《煤礦安全規程》的相關規定。

2）注漿施工前，應當對注漿泵、攪拌機等設備進行認真檢查，保證注漿系統連接牢固，并進行試運行；注漿過程中，現場施工人員應當隨時對注漿設備的運轉情況進行觀察，發現異常要及時處理，保證注漿安全、有序進行。

3 結語

通過注漿加固，有效提高了采空區圍巖頂板的強度，確保井下作業安全、有序進行。因此，應當重點加大對注漿技術的研究力度，除對現有的技術進行改進和完善外，還應研發一些新的技術，為確保煤礦采空區的安全提供技術支撐。

［1］ 李漢光.煤礦采空區注漿處治漿液材料配比試驗［J］.公路交通科技，2011（8）：35－40.

［2］ 張峰.壓力注漿加錨桿在煤礦采空區建筑物地基加固中的應用［J］.煤，2011（3）：156－158.

［3］ 于顯超.井下防水墻注漿堵漏技術研究［J］.山東煤炭科技，2011（8）：232－233.

［4］ 錢丹生，張煉紅.秀山煤礦采空區鉆孔注漿治理及效果評價［J］.中國科技投資，2013（10）：96－99.

［5］ 譚漢義.煤礦采空區注漿加固在廣西沿海鐵路工程中的應用［J］.路基工程，2014（1）：214－219.