寺河礦疊加應力區復用巷道注漿加固技術研究

馬晉元

（山西晉煤集團寺河礦，山西 晉城 048000）

山西晉煤集團寺河礦為高瓦斯千萬噸級大型礦井，為滿足通風需求，工作面多采用“三進兩回”的多巷布置，造成巷道掘進量和維護量過大，因此多采用在工作面回采結束后保留兩條巷道為下一工作面服務[1]。由于工作面采高大、推進速度快，工作面頂板活動劇烈、來壓較快，使得復用巷道變形破壞較為嚴重，影響下一工作面的安全回采[2-3]。因此，為減少巷道掘進量和返修次數，有必要對該巷道進行注漿加固治理，提高預留復用巷道的穩定性，保證工作面的安全回采[4]。

1 工程概況

W2302 工作面地面位置位于寺河工業廣場以西，平均凈長1251 m，傾斜平均長度221 m。工作面以南為正采掘的W2301 工作面，其中W23012 巷和W23014 巷為W2302 工作面的復用巷道（W23014巷作為W2302 工作面進風順槽，W23012 巷作為W2302 工作面輔助進風巷）。工作面及巷道布置如圖1 所示。在W2301 工作面回采過程中預留巷道受到一次采動影響，兩條預留巷道出現嚴重滯后變形，在二次采動影響下變形將更為嚴重，需對該復用巷道進行治理。

圖1 工作面及巷道布置

2 巷道破壞規律及注漿時機選取

考慮到復用巷道受到兩次重復采動影響，需有針對性地對兩個工作面回采期間進行分次注漿加固治理。為合理選擇注漿時機設計及注漿加固方案，應對該疊加應力巷道的變形破壞規律進行分析。

一次采動：由于受到W2301 工作面回采過程中側向支承壓力影響，巷道滯后變形嚴重。據現場統計，在距切眼150～600 m 范圍內，巷道變形明顯，其中250～450 m 段巷道底鼓，兩幫變形嚴重，頂板下沉。

圖2 W2302 大采高工作面超前支承壓力曲線

圖3 W23012 巷圍巖鉆孔窺視圖

二次采動：在W2302 工作面推進過程中，復用巷道主要受到超前支承壓力的影響。在超前支承壓力影響下，巷道開始變形破壞，為注漿加固提供可能。在超前支承壓力區進行注漿可實現及時控制圍巖破壞的目的。

因此建立數值模型，模擬W2302 工作面回采期間超前支承壓力分布規律。圖2 為工作面回采期間超前支承壓力分布規律。從圖中可以看出，超前支承壓力峰值在工作面煤壁前方8 m 左右，影響范圍65 m。

根據以上重復采動影響下巷道變形、破壞規律，將一次注漿時機選擇在滯后W2301工作面300 m處，通過跟進W2301 工作面回采進行注漿加固，提高巷道承載能力，加強其穩定性。二次注漿時機選擇在超前W2302 工作面8～65 m 處。隨著工作面推進，不斷超前注漿加固巷道圍巖體，提高其承載能力。

3 注漿加固方案及注漿材料

3.1 注漿加固方案設計

為合理設計注漿加固方案，采用現場鉆孔窺視對W23012 巷中靠近工作面一幫側觀察圍巖破壞情況，鉆孔窺視圖像如圖3 所示?？梢钥吹絿鷰r破壞具有明顯的分區特征，圍巖在0～3 m 范圍內破碎嚴重；3.0～8.5 m 范圍內，煤巖體中分布有大量的橫縱貫通裂隙，巖體孔隙率高；8.5～12.0 m 范圍內，煤巖體的完整性較好，裂隙發育并不嚴重，煤巖體仍具有一定的承載能力；在12.0 m 以外范圍，煤巖體保持完整，無明顯應力破壞現象。

根據巷道內部圍巖破壞深度范圍，應設計鉆孔長度12 m。但為起到減少施工量，提高注漿效率的目的，采用深、淺孔結合的方式布置注漿鉆孔，對巷幫不同區域煤體進行深、淺區域聯合注漿加固。同時根據不同巷道破壞情況，在W23012 巷兩幫均布置鉆孔，在W23014 巷變形破壞嚴重區域，兩幫均布置鉆孔，在破壞不嚴重區域，僅在工作面一側煤壁布置鉆孔。鉆孔布置示意圖如圖4 所示。

圖4 鉆孔布置示意圖

淺孔開孔位置距巷道頂板0.6～1.0 m，鉆孔長度8 m，仰角20°。深孔開孔位置距巷道底板1.5～2.0 m，鉆孔深度12 m，仰角10°。鉆孔沿巷道走向間距為6 m。

3.2 注漿材料

注漿加固材料性能是決定注漿加固效果的重要因素，為滿足注漿加固工程時效性要求[5]，本次注漿加固材料選用聯邦加固Ⅰ號注漿材料。該注漿材料由無機雙組分礦粉組成，單液在6 h 內具備良好的流動性，不發生離析、泌水；混合能夠在0～5 min 時間內失流，漿液擴散半徑在3～6 m 之間，硬化時間在5～15 min。同時材料水灰比可調范圍大，可根據不同注漿需求，調整水灰比來控制材料的失流、硬化時間以及固結體強度。不同水灰比注漿材料固結體強度見表1。

表1 聯邦加固Ⅰ號雙液注漿材料抗壓強度

3.3 注漿工藝及參數

采用氣動注漿系統，注漿過程中壓力、流量無極調節，可在淋水、瓦斯條件下使用。具體注漿流程如圖5 所示。

圖5 注漿流程示意圖

為保證注漿加固效果，注漿過程中水灰比控制在0.8～1.0:1 之間，注漿壓力控制在6～8 MPa，漏漿嚴重時采用間歇注漿的方式適當減輕注漿壓力，并適當降低水灰比，以減少漿液失流時間。

4 工程效果檢驗

為檢驗注漿效果，在W23012 巷采用“十字”布點法布置7 個測點對巷道表面位移進行監測，本文僅對1#和3#典型測點數據進行分析。兩測點巷道變形曲線及移近速率如圖6 所示。

圖6 測點巷道表面位移曲線

從圖6 中巷道移近曲線和變形速率可以看出，隨著注漿加固時間的延長，頂板移近量始終大于兩幫移近量，巷道的表面位移量持續增加，但后期變形速率明顯放緩。這是由于在注漿加固前期，注漿加固材料強度處于逐漸上升階段，巷道變形速率較快，隨著材料強度的逐漸增長，破碎圍巖的承載能力逐漸提高，巷道變形速率逐漸下降，巷道變形趨于穩定。表明該疊加應力巷道經過分次注漿加固后，巷道變形得到明顯控制，能夠保證工作面安全、正?；夭?。

5 結論

（1）通過分析復用煤巷受疊加應力影響，得出在一次采動影響下巷道變形破壞主要受工作面側向支承壓力影響，二次采動影響下巷道變形主要受下一工作面超前支承壓力影響。

（2）提出對疊加應力影響巷道進行分次注漿加固工藝，根據巷道圍巖破壞規律確定了注漿加固時機和范圍，設計了注漿加固方案，采用高性能注漿材料對巷道進行分次注漿加固治理。

（3）復用巷道經過注漿加固后，隨著注漿材料強度的增長，巷道變形得到明顯控制，巷道穩定性得到明顯提高，保證工作面安全回采。