破碎圍巖分層注漿加固技術關鍵問題探討

馮 笑

（霍州煤電集團鑫鉅公司，山西 霍州 031400）

巷道注漿能夠增加破碎圍巖完整性、提高圍巖承載能力，起到主動支護作用，在煤礦廣泛應用。但是注漿方案設計大多依賴經驗，對科學設計認識不足或者缺乏指導，巷道圍巖條件變化多樣，因此，針對具體工程難以取得理想注漿效果[1-3]。注漿作用充分發揮，關鍵在于正確認識到裂隙發育情況變化對注漿材料、注漿壓力、注漿時機、漿液擴散提出的要求。本文針對此問題展開探討。

1 分層注漿工藝介紹

分層注漿工藝基本思路是根據破碎圍巖內部裂隙發育程度不同，將其劃分為淺層和深層兩個區域，針對兩個區域裂隙發育程度分別采用不同的注漿方式。對于淺層，裂隙發育程度高，裂隙開度大、貫通性強，同時也是深層注漿的漏漿通道，適合采用速凝注漿材料，低注漿壓力滲透注漿，目的在于封堵圍巖淺層，防止圍巖風化，封閉漏漿通道；對于深層，裂隙不發育，裂隙開度小、貫通性差，適合采用流動性好、高細度、高強度注漿材料，配合高注漿壓力壓密注漿甚至劈裂注漿，目的在于使漿液充分擴散，導通并填充微小裂隙。淺層注漿和深層注漿相互配合，共同提高注漿效果。

2 分層注漿關鍵問題探討

2.1 鉆孔設計依據

1）圍巖淺層和深層劃分。采用圍巖松動圈測試和鉆孔窺視相結合方式，確定圍巖破壞范圍和裂隙發育情況，將圍巖劃分為淺層和深層，淺層一般0～4m，深層一般4～12m；

2）確定漿液擴散半徑。先進行漿液擴散半徑試驗，以淺層鉆孔為例，先布置至少3個淺孔，間隔5m～10m，進行注漿，分別記錄不同注漿壓力下漏漿距離，最后進行匯總分析，得出注漿壓力與擴散半徑關系；

3）鉆孔設計。根據劃分的淺層和深層，確定淺層和深層的鉆孔深度，根據漿液擴散半徑，分別確定淺層和深層鉆孔的間排距。

2.2 注漿材料

1）淺層注漿材料。淺層裂隙發育程度高，漏漿嚴重，注漿材料應滿足快速凝固，快速封堵漏漿。以河南理工大學研發的雙液注漿材料為例，雙液混合后1～2min 失去流動性，5min～10min 終凝，2h 單軸抗壓強度11MPa，可以起到快速堵漏的作用；

2）深層注漿材料。深層裂隙不發育，貫通性差，注漿材料應滿足超細、流動性好、高強度，能夠使漿液在裂隙中充分擴散，填充微小裂隙。以河南理工大學研發的單液超細水泥注漿材料為例，材料細度1250目，漿液具備20min左右良好流動性，60min初凝，1d單軸抗壓強度22MPa以上。

2.3 注漿壓力設計

1）根據鉆孔間排距。漿液擴散半徑與注漿壓力密切相關，在鉆孔間排距確定的情況下，必須根據注漿壓力與漿液擴散半徑之間關系，滿足漿液的充分擴散，相鄰鉆孔擴散半徑相互交叉，所有鉆孔聯合擴散范圍必須覆蓋整個巷幫，注漿壓力設計應略大于滿足整個巷幫擴散所需的注漿壓力；

2）根據巷幫鼓出情況。注漿初始階段，漿液充填已有裂隙，巷幫基本不發生變化，當注漿壓力逐漸升高，漿液會擠壓煤體或者張開裂隙，使巷幫發生輕微鼓出，軟煤注漿巷幫鼓出尤為普遍，巷幫輕微鼓出屬正常現象，但不應超過100mm，超過時應減小注漿壓力或停止注漿；

3）建議值。一般淺層注漿孔口終壓1～6MPa，深層注漿孔口終壓4～10MPa。

2.4 最佳注漿時機

1）靜壓巷道。對于不受動壓影響的巷道，如礦井主要大巷，裂隙發育程度變化緩慢，對已形成裂隙，可以經過分析，直接進行淺層和深層注漿，不存在最佳注漿時機問題；

2）動壓影響巷道。如工作面復用順槽、離采面較近的盤區集中巷，其裂隙發育隨工作面回采動壓影響而變化，裂隙發育經歷未受采動影響階段、初始張開階段、劇烈發展階段、穩定階段。大量的理論研究和工程實踐表明，在未受采動影響階段，裂隙發育程度低，可注性差，注漿壓力高而注漿量極小，注漿后受動壓影響，裂隙重新張開，注漿效果較差；而在劇烈發展階段，注漿過程中新的裂隙不斷產生，注漿量較大，雖能抵抗一定的巷道變形破壞，但巷幫內仍然存在較多裂隙，影響巷道后期穩定；在穩定階段，大量裂隙已經生成，注漿量極大，但是由于巷幫變形量大，原始錨桿索支護大量破壞，巷幫已經喪失大部分承載能力，新補錨桿索錨固力下降，即使注漿也難以保證后期巷幫穩定，并且需要消耗大量的注漿材料。因此認為，裂隙初始張開階段為最佳注漿時機，此時巷道有一定變形，壓力適當釋放，裂隙貫通性增強，可以顯著提高注漿量，同時，巷幫圍巖結構仍較為完整，注漿后及時進行錨桿索補強，控制巷幫位移，能夠起到良好的注漿效果，并能大幅節約注漿材料使用。

3 工程實例

3.1 基本情況

趙莊煤業13092復用巷道需要經歷1309工作面、1310工作面兩次采動影響，位置關系如圖1。其中以1309工作面一次回采引起的巷道圍巖變形破壞最為劇烈，不進行注漿加固時，兩幫平均移近量約1200mm～1500mm，斷面急劇收縮，嚴重影響復用，影響采掘銜接。

圖1 巷道與工作面位置關系

3.2 關鍵參數確定

最佳注漿時機：通過對13092復用巷道變形觀測，認為工作面前方50m至工作面后方200m，為裂隙初始張開階段，裂隙逐步貫通，但整體承載結構未發生破壞，此時進行注漿，能夠取得最好的擴散效果，同時最為節約注漿材料，確定工作面前方50m至工作面后方200m為最佳注漿時機，跟隨工作面推進進行注漿。

鉆孔設計及注漿參數：首先在最佳注漿時機區域內，對幫部進行鉆孔窺視，根據裂隙發育程度，以距離幫部4m位置為界，將圍巖劃分為淺層和深層，淺孔設計孔深4m、深孔設計孔深8m，然后通過不同壓力下漿液擴散半徑試驗，確定4m淺孔間排距為1m×1m，注漿壓力不低于5MPa，使用淺層注漿材料；8m淺孔間排距為2m×2m，注漿壓力不低于9MPa，使用深層注漿材料。

3.3 效果考察

注漿量：4m淺孔平均單孔注漿量0.25t，8m深孔平均單孔注漿量1t，可以看出，4m淺孔對淺層起到有效的封堵作用，減少了8m深孔注漿時漏漿現象，極大地提高了擴散效果和注漿量；

巷道變形考察：采用分層注漿加固后，通過巷道變形觀測，兩幫移近量控制在600mm以內，比未注漿情況下減小50%以上。

4 結 論

1）介紹了分層注漿工藝，針對圍巖不同深度裂隙發育情況不同，劃分為淺層和深層，采用不同的注漿方式；

2）從鉆孔布置、注漿材料、注漿壓力、注漿時機4個方面，探討了巷道注漿的關鍵技術問題，為注漿設計提供了理論依據。

3）工程實例表明，根據最佳注漿時機，采用分層注漿加固技術可以有效封閉淺層巷幫，提高深孔注漿量，兩幫移近量較未注漿時減小50%以上。