創導注漿加固材料在大斷面動壓煤巷的應用

陳守鈺

（陽泉煤業（集團）有限責任公司，山西 陽泉 045000）

1 工程概況

陽煤集團和順新大地煤業有限公司是集團公司兼并重組主體礦井，15302工作面回風巷井玉溝從工作面北部穿過，工作面大部分位于井玉溝以西，地表總體為北高南低的山梁地帶，地面主要為林地及荒地。東部為已經回采的15303工作面，南部為山西運通煤業有限公司（原九京煤礦）礦界，西部為泊里煤礦礦界，北部為西翼南回風、西翼軌道巷、西翼皮帶巷。本面煤層賦存較穩定，煤層厚度在4.80～6.30m之間，平均5.43m，結構簡單。本面煤層結構簡單,不含穩定夾石層,僅在中上部斷斷續續含透鏡體狀硫鐵礦結核,厚度約0.03～0.08m。回風巷相鄰采空側，兩工作面煤柱為20m，為臨采空側的動壓巷道。回風巷設計凈寬5.0m，凈高3.5m。

巷道頂底板情況表見表1。

2 巷道變形及注漿必要性

由于回風巷相鄰采空側，巷道在掘進時就出現了明顯的動壓變化，掘進完30～50m后巷道頂板設置的錨桿、錨索壓力計受力增加，壓力增長約10%。兩幫煤體開始破碎，尤其中部以上開始向外位移，會出現網包，位移量接近40mm。會出現底鼓現象，以巷道中部底鼓為主，底鼓量約100mm。距離工作面150m以外，巷道變形急劇增加，局部不穩定頂板處出現頂板斷裂，破碎，個別頂錨桿出現破斷；頂板位移后，鋼帶出現折彎和斷裂；錨桿、錨索壓力增加50%以上。兩幫煤體更加破壞變形，變形量超過1500mm，出現煤體更大破碎和裂隙發育，個別幫錨桿托板變形破壞。底鼓量普遍超過1500mm。嚴重的巷道變形，使皮帶輸送機無法正常工作，軌道無法鋪設，風筒受到影響，給掘進工作面的安全生產造成很大的困難，也無法滿足工作面正常回采。

經分析回風巷掘進工作面為采空區煤柱應力集中區域，且在高應力作用下，煤柱側巷道圍巖的穩定性和整體性受到破壞，巷幫煤體破碎，巷道易出現兩幫移近，從而導致底鼓，尤其受掘進超前支承壓力影響區域，情況更為嚴重，甚至會影響工作面通風和設備運輸。為確保正常的掘進和巷道使用要求，工作面回風巷掘進期間巷道兩幫煤體進行注漿加固，以強化煤體，控制巷道變形。通過對巷道的兩幫及底角進行注漿加固，兩幫注漿以提高巷道煤柱的自身承載能力、抗變形能力。

表1 巷道頂底板情況表

3 注漿材料介紹

創導加固材料是一種新型地質聚合物注漿材料，以無機礦粉為主要組成成份，是一種快凝、早強型無機注漿材料，同時也具備較強的可注性，可與高分子材料相媲美，其強度和與煤體粘接性較普通硅酸鹽水泥類注漿材料有較大提高。創導加固材料為雙液注漿材料，兩種漿液在混合前，24h內不凝固，不泌水，不沉淀，混合后凝結時間為3～10min，水灰比為0.8時，漿液混合1～8h后的固結體的強度能達到8～14MPa以上，其較適合于采煤工作面、掘進工作面等時效性要求較高的注漿需要，特別是開放煤體表面淺層注漿加固。

注漿封孔材料與注漿材料一樣，只是采用低水灰比，水灰比為0.7:1，雙液漿混合后約1min失去流動性，5min即可固化。

4 注漿加固方案

4.1 鉆孔布置

鉆孔布置在巷道的兩幫及底角。在兩幫各施工兩排鉆孔，上排和下排鉆孔成“三花眼”布置；下排鉆孔開孔高度1.5m，上排鉆孔開孔高度2.5m，單排孔間距4m，上下排孔水平間距為2m；下排孔垂直于巷幫施工，鉆孔直徑為42mm，孔深8m；上排孔為上仰鉆孔，鉆孔直徑為42mm，鉆孔上仰角度約8°，孔深約8m；兩幫底角各施工一排鉆孔，孔間距2m，鉆孔直徑為42mm，下扎45°，孔深3m，采用Φ28mm、長度為2.5m中空注漿錨桿進行注漿，注漿完成后，隔一個班對錨桿進行預緊。

4.2 注漿順序及時機

注漿順序：先對兩幫的注漿鉆孔進行打孔、插管、封孔、注漿；待兩幫的注漿孔注漿完成后，隔一個班，再對底角注漿孔進行打孔、插入中空注漿錨桿、封孔、注漿，為了防止底角注漿鉆孔注漿過程中串孔，建議采用間隔打孔、注漿方式，即先對單數孔進行打孔、注漿，單數孔注漿完成一個班后對雙數孔進行打孔、注漿；底角孔注漿完成后，隔一個班對中空注漿錨桿進行預緊。

4.3 注漿管與封孔

注漿管：為了防止巷幫破碎區漏漿，孔口部分采用4分無縫鋼管作為封孔管，封孔長度為2m；注漿鉆孔內剩余部分需插入1416型鋁塑管，需解決與4分鋼管的連接問題，可以采用插接方式連接。

封孔工藝：鉆孔施工后插入注漿管并進行封孔，封孔段鋼管上纏繞鐵絲，并焊接固定，然后在鋼管前后兩段上纏繞棉紗，并插入孔內，再在鋼管旁邊插一根導漿管。

封孔時應先開泵吸漿，當輸漿管路的混合管打出的漿液為混合均勻的漿液后，將輸漿管出漿口與封孔導漿管進行連接，開泵注漿，向孔口緩慢注漿，并將導漿管緩慢向外抽出，當孔口流出漿液時，停泵，將導漿管抽出，并用棉紗將孔口堵死。

5 注漿工藝參數

5.1 注漿系統

本次注漿采用創導加固材料，注漿系統如圖1所示。系統由兩個氣動攪拌桶QB200，兩個盛漿桶（可以采用鐵桶加工），一臺ZBYSB40/22型液壓雙液注漿泵，以及相應的管路和混合器組成。

圖1 注漿系統連接示意圖

5.2 注漿水灰比

正常注漿水灰比0.8～1.0，漏漿嚴重時可適當降低水灰比，最低控制在0.7:1。注漿封孔水灰比為0.7:1。

5.3 注漿壓力

注漿壓力也是影響注漿效果的關鍵參數，一般情況下注漿壓力6～8MPa，圍巖破碎，漏漿嚴重時可適當減低注漿壓力，可調整為4～6MPa。

5.4 注漿量

注漿原則上需一直注至壓力上限為止，如果注漿時間過長，注漿量過大，應檢查是否存在漏漿通道，注漿結束時應穩壓至4～6MPa。

5.5 應用效果

經過注漿加固工程的施工，對巷道的圍巖變形進行了綜合觀測。通過三個月的觀測和分析，監測出巷道頂底板和兩幫移近量如下圖2所示。可以看出：回風巷掘進期間在第一天巷道表面位移速度為：頂底板速度取得最大值為100mm/d ，兩幫移近速度取得最大值為130mm/d。回風巷掘進期間巷道表面位移有兩個特點：一是兩幫相對移近速度比頂底板相對移近速度大；二是在前一段時間內巷道表面位移變化較大，在第15d左右時，巷道表面基本無變化。巷道頂板的下沉量和底鼓量平均為300mm，兩幫位移量平均為400mm；未注漿加固段，巷道變形明顯，破壞嚴重，出現較大兩幫破壞和位移，在巷道上角處出現網包。局部巷道變形段在進行注漿加固后，巷道變形趨于穩定，整體狀況良好。

圖2 巷道表面位移情況

6 結束語

對動壓煤巷應用注漿加固技術，顯著地改善了巷道圍巖的破碎結構，提高了自身的承載能力，增加了煤柱的強度，實現了圍巖的穩定和支護安全。也減少了因為多次整巷造成的各種隱患和投入，為工作面的高產創造了條件。