趙莊煤業大變形復用巷道注漿加固技術研究

王 偉

（晉城煤業集團趙莊煤業，山西 晉城 048000）

趙莊煤業大采高綜采工作面一般布置3～5條順槽，部分順槽保留下來為下一工作面復用。由于受地應力增大、強烈采動影響、地質構造增多等諸多不利因素影響，復用順槽變形嚴重，需要多次返修，加上趙莊煤業順槽長度超過2000m，返修工程量巨大，嚴重影響了回采效率[1-4]。注漿加固作為一種有效的主動支護手段，已在煤礦得到廣泛應用，但是復用順槽不同于大巷等靜壓巷道，其變形規律與工作面相對位置關系息息相關，需要考慮最佳注漿時機，盲目注漿加固效果事倍功半[5-7]。對此，在趙莊煤業13092復用順槽開展注漿加固工業性試驗，掌握復用順槽變形規律和注漿加固時機，為相似工程提供理論基礎。

1 工程背景

趙莊煤業13092巷為1309工作面回風順槽，全長約2340m，服務于1309和1310兩個工作面，目前1309工作面正在回采當中，1310工作面尚未回采。1309工作面走向長度2340m，傾向長度220m，煤層厚度4.7m，采用一次采全高后退式開采方法。巷道與工作面位置關系見圖1。

13092巷上方偽頂為0.74m厚泥巖，直接頂為3.7m厚砂質泥巖，老頂為0.65m厚細粒砂巖，直接底為1.1m厚細粒砂巖，老底為3.5m厚砂質泥巖。頂板上方30m為不穩定軟弱巖層，工作面回采一次垮落高度大，動載系數約為2，礦壓顯現明顯，對巷道影響強烈。

圖1 13092巷與工作面位置關系圖

2 復用順槽變形規律及最佳注漿時機分析

2.1 變形規律

在13092復用順槽切眼前方400m位置，向外布置5組表面位移測點和幫部離層測點，每組間隔50m。根據巷道圍巖變形速度與工作面位置關系，發現復用順槽變形具有明顯的滯后性和劇烈性，并具有較明顯的分區規律（測點在工作面前方為正，在工作面后方為負）：

1）初始影響區：50m～-200m。采動影響不明顯，兩幫收縮量不足150mm，頂底板幾乎無變化，兩幫收斂速度約4mm/d，頂板、兩幫外觀完整，煤體內部裂隙發育不明顯；

2）劇烈影響區：-200m～-800m。采動影響強烈，兩幫收縮量800mm，收斂速度超過12mm/d，最大20mm/d，頂板下沉量200mm，底鼓量600mm。頂板變形量大出現破碎，需要架棚支護，巷幫鼓出不均勻，兩幫網兜嚴重；

3）穩定區：-800m后方區域。頂板活動結束，采動影響趨于緩和，兩幫收縮量300mm，頂板下沉量50mm，出現緩慢底鼓。兩幫最終變形量1200mm，最終巷寬3.8m；頂板下沉量250mm，底鼓800mm，起底后最終巷高4.1m，斷面小于要求的17m2，不能滿足下一工作面使用，需要返修。

幫部離層觀測發現，離層在幫部深度范圍0～12m均有分布，其中 0～2.5m占比 30%，2.5m～6.5m占比40%，6.5m～8.5m占比20%，8m～12m占比10%。說明離層主要在淺部0～8m分布。淺部0～2.5m處于密集錨桿支護范圍內，主要為巖石碎脹變形；2.5m～6.5m為錨桿錨索中間范圍，離層量較大，出現大量錨索斷裂、脫錨失效現象；6.5m～8m處于錨索支護范圍之外，出現較大離層，表明淺部0～6.5m出現整體鼓出；8m～12m位于深部，變形受淺部巖層約束，為極限平衡區范圍，離層量較小。

2.2 各分區可注性分析

1）初始影響區：50m～-200m。與工作面前方50m以外相比，裂隙、離層逐漸發育，裂隙導通，有利于注漿，但注漿量較小。

2）劇烈影響區：-200m～-800m。巷道圍巖變化速度快，裂隙快速擴展，貫通性好，注漿量大，而且隨著新裂隙不斷快速產生，同一區域復注仍能較大量注漿。

3）穩定區：-800m后方區域。新的裂隙基本不再產生，巷道圍巖進入相對平衡穩定狀態，但仍能夠較大量注漿。

2.3 最佳注漿時機

目前，復用順槽變形量大的主要原因包括：前期支護強度不足造成劇烈影響區變形量過大，原有支護破壞；經歷劇烈影響區后，圍巖產生大量新的裂隙，穩定區裂隙得不到及時加固，巷道持續變形。針對以上變形原因，加固應分兩步，一次超前注漿加固控制圍巖持續變形與二次滯后注漿加固控制圍巖大裂隙。一次超前注漿加固應在初始影響區內進行，此區域裂隙貫通性提高，可注性提高，但注漿量較小，避免了材料浪費，包括注漿和錨索補強；滯后注漿在穩定區內進行，對經過劇烈動壓影響的區域產生的大裂隙進行注漿加固，頂板壓力基本穩定，加固后不會產生新的變形。

3 注漿加固方案設計

3.1 超前注漿加固

采用4m、8.5m兩個孔深交替布置。4m孔用于封堵淺部錨桿孔等裂隙，8.5m孔用于加固錨索錨固段范圍，均垂直于煤幫。如圖2所示。

注漿材料選用晉煤集團技術研究院研發的聯邦加固（雙液）材料，材料1～3min失去流動性，5～10min終凝，2h強度10MPa以上，有利于堵漏和注漿后及時錨索補強。

圖2 注漿鉆孔布置示意圖

3.2 滯后注漿加固

滯后注漿在穩定區域進行。采用12m一個孔深進行加固，鉆孔上、下排矩形布置，下排孔開孔高度距離底板2m，仰角0°，上排孔開孔高度距離底板3m，仰角5°孔深12m，孔徑42mm。鉆孔布置方式如圖3所示。

圖3 注漿鉆孔布置示意圖

注漿材料選用晉煤集團技術研究院研發的聯邦加固（單液）超細注漿材料，材料20～30min失去流動性，可以保證較深鉆孔下漿液在裂隙中充分擴散，60～80min 初凝，360min～480min 終凝，1d 強度16MPa以上，3d強度25MPa以上，加固后能夠顯著提高圍巖強度。

3.3 注漿量統計

1）一次超前注漿4m孔平均單孔注漿量0.2t，8m孔平均單孔注漿量0.5t；

2）二次滯后注漿12m孔平均單孔注漿量1t。

注漿量表明初始變形區超前注漿量較小，節約了材料，針對穩定區劇烈影響區產生的大量裂隙的滯后注漿，注漿量得到顯著提高。

4 注漿效果監測及分析

為對注漿效果進行考察對比，在13092復用順槽布置表面位移監測站對巷道圍巖變形情況進行監測。巷道圍巖變形情況與未注漿加固前對比見圖4。

圖4 巷道變形曲線

從圖4中可以看出：注漿加固后巷道兩幫最終變形量600mm，對比巷道未注漿區域，巷道兩幫變形量減少40%左右，在劇烈影響區域兩幫移近速率明顯減緩；其中初始影響區變形量約為120mm，占比20%，劇烈影響區變形量約為450mm，占比75%，穩定區變形量約為30mm，占比5%；注漿加固后巷道頂底板移近量500mm，對比未注漿加固區域減少37%左右，在劇烈影響區域頂底板移近速率明顯得到減緩；其中，初始影響區變形量約為40mm，占比8%，劇烈影響區變形量約為380mm，占比76%，穩定區變形量80mm，占比16%。注漿加固后最終巷寬4.4m，起底后最終巷高4.3m，斷面超過19m2。本次注漿加固，圍巖變形得到有效控制，表明注漿加固方案和時機的合理性，注漿加固后的復用巷道完全可以滿足下一工作面正常使用。

5 結 論

1）趙莊煤業大采高工作面復用順槽變形具有明顯的滯后性和劇烈性，變形量極大，未加固區域不能滿足下一工作面使用。

2）大采高工作面復用順槽分區規律明顯，在分析變形規律、離層分布、可注性的基礎上，設計了合理的超前注漿和滯后注漿加固方案。

3）通過對復用巷道進行二次注漿加固，注漿加固效果表明：注漿加固后巷道兩幫最終變形量600mm，對比巷道未注漿區域，巷道兩幫變形量減少40%左右；注漿加固后巷道頂底板移近量500mm，對比未注漿加固區域減少37%左右。圍巖變形得到有效控制，節約了返修成本，注漿加固后的復用巷道完全可以滿足下一工作面正常使用。