高性能無機注漿材料在復(fù)用巷道加固中的應(yīng)用

袁紅衛(wèi)

（山西安信建設(shè)工程檢測有限公司，山西 晉城 048000）

長期以來我國很多礦井面臨采掘銜接緊張的被動局面，巷道復(fù)用作為一種緩解緊張形勢的有效方式，逐步得到大面積推廣應(yīng)用。然而在巷道復(fù)用過程中存在巷道變形嚴(yán)重、巷道底鼓及兩幫移近量較大等諸多問題，巷道返修工程量及返修難度大，巷道往往經(jīng)多次返修仍無法保證效果。對于受到二次強動壓影響的巷道，巷道圍巖結(jié)構(gòu)受到破壞，呈現(xiàn)松動破碎狀態(tài)，單獨采用錨網(wǎng)索支護系統(tǒng)，由于錨固劑無法與破碎圍巖形成有效整體，直接導(dǎo)致錨桿（索）施工錨固力偏低，錨桿（索）的最大支護能力未能得到有效發(fā)揮，極易導(dǎo)致巷道失穩(wěn)破壞。以成莊礦53082 復(fù)用巷加固工程為例，采用高性能無機注漿材料加固技術(shù)，充分利用其速凝早強、擴散性能良好的特性，以期達到改善圍巖力學(xué)性質(zhì)、提高巷道圍巖強度、減少復(fù)用巷道變形量的目的，為強動壓影響下大斷面巷道二次復(fù)用提供了途徑［1-7］。

1 高性能無機注漿材料性能

普通硅酸鹽水泥具有價格低廉、結(jié)石率高、固結(jié)體強度高、現(xiàn)場實施方便快捷等諸多優(yōu)點，但由于普通硅酸鹽水泥粒徑較大，僅能注入寬度≥0.2mm 的裂隙中，漿液滲透性較差。近年來，我國各科研院所相繼研制出高性能無機注漿材料，平均粒徑在4～10μm 之間，在各類添加劑的配合下，可滲入滲透系數(shù)為10～4cm/s 的粉細(xì)砂巖中，可注性能與化學(xué)材料相當(dāng)。高性能無機注漿兼具普通水泥與化學(xué)材料的優(yōu)點，是一種具有廣泛應(yīng)用前景的注漿材料。在實驗室條件下，對其漿液流動度、凝結(jié)時間、強度進行測試，測試結(jié)果如下：

（1）流動度測試

實驗室采用凈漿流動度試模對高性能無機注漿材料在不同放置時間下的擴展度做了測試。由漿液擴展度測試曲線圖1 可知，漿液流動性能良好，靜置100min 后，漿液擴展度仍能達到180mm 以上。

圖1 凈漿擴展度測試曲線

（2）凝結(jié)時間測試

在實驗室條件下，對高性能無機注漿材料凝結(jié)時間進行測定。由漿液凝結(jié)時間表1 可知，在外加劑的作用下，漿液初凝時間在2.5h 左右，終凝時間在8h 左右。

表1 漿液凝結(jié)時間測定

（3）強度測試

為了掌握高性能無機注漿材料的強度特征，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護條件下，采用抗壓試驗機測試材料1d、3d、7d 單軸抗壓強度。由不同齡期強度曲線2 可知，無機注漿材料1d 抗壓強度可以達到近19MPa，7d強度可以達到32MPa，具備早強特性，能夠滿足現(xiàn)場的需要。

圖2 不同齡期強度曲線

2 復(fù)用巷道注漿加固設(shè)計

5308 大采高工作面位于成莊礦五盤區(qū)，主采煤層為3#煤，煤層平均厚度6m，平均傾角5°。5308 工作面走向長度2748m，傾向長度為221m。5308 大采高工作面巷道布置情況如圖3 所示，工作面共布置四條回采巷道，其中53082 巷斷面為矩形，斷面凈尺寸為 4500mm×4500mm。53082 巷在5306 工作面回采動壓影響下變形嚴(yán)重，加之即將經(jīng)受5308工作面二次采動影響，巷道存在失穩(wěn)的危險，有必要提前對53082 巷進行加固處理。

圖3 5308 大采高工作面巷道布置圖

53082 巷先后經(jīng)歷5306 工作面回采和5308 工作面超前支撐壓力影響，礦壓顯現(xiàn)強烈，現(xiàn)場主要表現(xiàn)為巷道收斂變形。現(xiàn)場考察發(fā)現(xiàn)，53082 巷變形嚴(yán)重，進而導(dǎo)致53082 回風(fēng)巷斷面減小，影響工作面安全回采。綜合現(xiàn)場地質(zhì)條件，在53082 巷兩幫均布置注漿鉆孔，鉆孔直徑42mm，鉆孔孔深12m，鉆孔間距6m，三花布置。上排孔距離頂板1.5m，下排孔距離底板1.5m，兩排間距1.5m。鉆孔布置示意圖如圖4 所示。

圖4 53082 巷注漿鉆孔布置示意圖

3 復(fù)用巷道加固效果分析

為了掌握復(fù)用巷道加固后的變形情況，在53082巷布置綜合測站對巷道表面位移量進行監(jiān)測，分別在53082 巷980m、960m、940m、920m 處布置四組測站，定期對巷道表面位移數(shù)據(jù)進行觀測。巷道圍巖表面位移曲線圖如下圖5 所示。

通過圖5（a）可以看出，53082 巷在工作面前方約80m 時，巷道出現(xiàn)頂?shù)装逡平冃危凉ぷ髅媲胺郊s20m 時，頂?shù)装逡平考彼偕仙數(shù)装逡平孔畲笾翟鲋良s506mm。通過圖5（b）可以看出，至工作面前方約80m 時，巷道兩幫開始出現(xiàn)變形，至工作面前方20m 時，巷道兩幫移近量急劇增長，兩幫移近量最大值增至約398mm。由上述數(shù)據(jù)可知，現(xiàn)場試驗取得了良好的加固效果，有效保障了復(fù)用巷道穩(wěn)定性，滿足了工作面安全回采的要求。

圖5 加固后圍巖變形曲線圖

4 安全技術(shù)措施

（1）現(xiàn)場做好無機材料存儲工作。因井下環(huán)境濕度較大，務(wù)必將材料堆放至干燥通風(fēng)的地段，防止材料受潮固結(jié)；材料使用遵循先到先用的原則，保證材料及時使用。

（2）鉆孔施工嚴(yán)格按照設(shè)計進行。鉆孔完成后，由當(dāng)班驗收人員對鉆孔的角度、深度進行驗收，保證成孔質(zhì)量；孔內(nèi)注漿管路連接牢靠，防止注漿壓力上來后沖開管路；保證封孔質(zhì)量，孔口棉紗纏繞緊實，長度不低于0.5m，防止孔口漏漿。

（3）注漿作業(yè)過程中，現(xiàn)場人員防護設(shè)備護目鏡、防塵口罩配置齊全；高壓膠管連接牢靠，U型銷插牢鎖死；出漿口設(shè)置卸壓閥，拆卸管路前先進行卸壓處理，防止孔內(nèi)高壓漿液噴出傷人；漿液的配制嚴(yán)格按照設(shè)計水灰比進行，保證材料性能得到充分發(fā)揮；現(xiàn)場出現(xiàn)孔口漏漿、煤幫漏漿、串孔現(xiàn)象時，根據(jù)現(xiàn)場漏漿情況進行封堵，處理完成后繼續(xù)進行注漿作業(yè)，保證單孔注漿量。

5 結(jié)論

（1）高性能無機注漿材料性能優(yōu)良，漿液靜置100min 后擴展度仍能達到180mm，漿液初凝時間在2.5h 左右，終凝時間在8h 左右，材料1d 抗壓強度可以達到近19MPa，7d 強度可以達到32MPa，具備速凝早強特性，漿液滲透性能良好，具有廣泛的應(yīng)用前景。

（2）現(xiàn)場工業(yè)性試驗表明：采用高性能無機注漿材料加固后，巷道變形量得到有效控制，頂?shù)装逡平孔畲笾导s506mm，巷道兩幫移近量最大值約為398mm，保證巷道安全使用。