長平公司大巷注漿加固技術研究

楊文暉

(晉城煤業集團 長平煤業有限責任公司，山西 高平 048400)

1 大巷開掘現狀

長平礦井大巷設計保護煤柱中—中為35 m，凈煤柱不足30 m，幫頂均采用全錨索進行支護，受相鄰巷道掘進影響，加上巷道斷面大，兩幫為軟弱煤體，導致巷道開掘后兩幫就出現明顯位移；而開掘時間已經較長的巷道位移量更是迅速增大，不能滿足巷道的使用要求，需要進行擴刷幫處理，但由于巷道兩幫已經產生了變形，幫部煤體內部裂隙較發育，導致擴幫支護過程中錨索預緊力達不到設計要求。

為了提高巷道后期變形的控制能力，在巷道開掘圍巖破碎形成裂隙通道后，在下一次圍巖趨于穩定狀態之前，采用注漿加固方式補填圍巖裂隙，重塑巷道圍巖的完整性，提升圍巖承載能力。

2 巷道變形原因分析

1) 巷道圍巖穩定性差，變形持續時間長。巷道開掘以后，一般1周內在巷道表層形成小松動圈，1～3月個后在巷道深部形成大松動圈，使巷道煤壁煤體疏松破碎。

2) 巷道變形主要表現為：兩幫嚴重擠出，呈結構性失穩；巷道斷面大，巷高為煤層厚度，煤體與頂底板粘結力低，巷道頂幫交接處容易產生結構性失穩，頂幫交接段是變形管控的重點；煤體強度低，圍巖破碎膨脹后向外擠出，兩幫煤體軟弱，造成巷道圍巖抗變形能力較差。

3) 巷道沿頂沿底掘進，巷道高度大，巷道支護承載結構穩定性差，更容易產生兩幫鼓出變形，不利于煤幫的穩定；加之煤體結構破壞后煤體錨固力低，支護高強度和高剛度難以實現，巷道掘進后即容易發生兩幫鼓出的現象，進而對巷道頂板的失穩也埋下隱患。

3 注漿加固的施工

3.1 注漿材料的選擇

采用P·O 52.5級硅酸鹽水泥及水玻璃混合注漿加固。

3.2 注漿加固施工順序

按照先進行淺部堵漏注漿、再進行深孔注漿加固的方式進行。即：巷道表面噴漿做止漿墻—4 m孔注漿初注封堵圍巖外部裂隙→8 m孔復注加固圍巖。注漿時要由下到上進行，先進行巷幫下部鉆孔注漿、然后進行巷幫中上部鉆孔注漿。深孔注漿在淺孔注漿完成3 d后進行。

3.3 注漿孔的施工

1) 注漿孔采用防突鉆機或煤幫鉆打孔，孔徑42 mm；淺孔孔深4 000 mm，深孔孔深8 000 mm，保證漿液能穿過巷道圍巖松動圈，深入圍巖的彈塑性區，見圖1。

2) 淺孔與淺孔排距4 000 mm，深孔與深孔排距4 000 mm，深孔與淺孔排距2 000 m。鉆孔每排布置三個，間距1 700 mm，最上一個鉆孔距頂板1 100 mm，最下一個鉆孔距底板1 300 mm；注漿孔巷幫靠近頂板的注漿孔上仰角度為10°，以使其能更好對頂幫交接段的圍巖進行加固控制，巷幫其余鉆孔與巷幫垂直，見圖2。

3) 為杜絕注漿過程中漿液從臨近的注漿孔流出，造成臨近注漿孔堵塞作廢和漿液流失，現場采用分段大循環注漿方式。即注漿孔施工間隔距離不得小于20 m。

圖2 注漿孔施工布置

3.4 注漿液的配置和比例

現場采用漿液攪拌桶攪拌配制，先按水∶水泥=1∶0.6～1∶1的比例將清水加入拌料桶內，再按比例加入水泥，水泥要粗篩去除雜質，放在攪拌容器內，混合攪拌均勻，然后開始注漿。水泥漿和水玻璃的體積比1∶0.4～1∶1，具體配比可在施工過程中根據巷道的漏漿情況進行調節。

3.5 注漿方式

鉆孔完成后，采用埋孔口注漿管進行注漿，孔內下射漿管，全長一次注漿施工。注漿管和射漿管均采用D22 mm的無縫鋼管制作，鋼管壁厚3 mm，每根長度2 000 mm，使用連接套進行連接，射漿管上打射漿孔，孔間距不大于200 mm。

3.6 封孔深度及要求

注漿封孔深度為600～1 000 mm。具體實施時可以根據漏漿情況進行調整，如漏漿較輕時可以減少封孔長度，較大時可以適當增加封孔長度。封孔段采用麻繩纏繞在鋼管上，纏好后在水里將麻繩沾濕，以使麻繩能在孔內迅速膨脹；同時在孔口段鋼管上纏繞棉紗，蘸上注漿料，將孔口棉紗背緊背實。

3.7 注漿壓力和擴散半徑

確定淺孔注漿時，注漿泵壓力需達到為3 MPa；深孔注漿時，注漿泵壓力需達到8 MPa。根據工程經驗，注漿壓力和擴散半徑是一對相輔相成的參數，相互之間呈正比關系。現場采用注漿試驗的辦法確定注漿壓力和擴散半徑，根據擴散半徑及時調整注漿排距，使擴散半徑前后的覆蓋范圍能有不少于200 mm的重疊，以保證注漿全覆蓋效果。淺孔注漿時采用低壓低流緩慢注漿工藝，以便形成巷幫淺部完整止漿層，當漏漿嚴重時，應適當降低注漿壓力；深孔注漿過程中，如果壓力持續低于5 MPa，要停止注漿，尋找漏漿點，并采用棉紗堵漏，堵漏后再繼續復注。漏漿嚴重導致停注的區域要補打注漿孔。

4 注漿質量檢測與驗證

對已經注漿巷道進行打孔窺視、鉆孔取芯以及礦壓觀測等多種手段對大巷圍巖注漿效果進行了系統性的觀測和研究。

4.1 煤幫打孔窺視效果

對煤幫進行打孔窺視的主要目的是為了驗證水泥漿液在煤幫裂隙中的擴散效果，對深孔和淺孔的間排距參數設置，注漿泵壓力設置等主要施工參數進行反向驗證。相關窺視結果如圖3。

圖3 煤體注漿效果窺視

從窺視孔內可以看到明顯的白色水泥漿液痕跡，痕跡順著孔內的裂隙不規則分布，將煤幫內的裂隙全部充填粘結。

4.2 煤幫鉆孔取芯效果

對注漿的煤幫進行鉆孔取芯，查看水泥漿充填效果，查看水泥粘結的裂隙強度情況，確定水泥漿液的合理配比，保證注漿效果的最大化，見圖4。

圖4 五盤區排矸巷取芯

從取芯情況看，水泥漿液可以將煤體內的縫隙基本充填完全；將煤芯敲開觀察，一些細小的裂隙內也能發現已經風干的水泥漿。從中間圖觀察，水泥漿液將破碎的煤體粘結成塊，取芯的切割面過度平滑，水泥漿液粘結牢固。

5 結 語

水泥注漿加固的方式，相比較于傳統的擴幫、錨桿錨索補強支護維護方式的優勢是：可以將破碎離層的煤體充填粘結，提高煤幫的整體強度，擴大塑性區與彈性區的延伸范圍；有效減緩巷道圍巖變形速度，控制巷道圍巖變形量，提高巷道兩幫煤體承載能力，從而為巷道頂板的管理起到積極作用，保證了井下生產系統的安全，具有廣闊的應用前景。