1815 回撤通道片幫煤壁注漿加固技術應用

張安慎

（山西煤炭運銷集團科學技術研究有限公司，山西 太原 030006）

綜采工作面回撤通道主要用于工作面結采后設備回撤，回撤通道斷面大小、支護質量、巷道成型對后期工作面安全高效回撤起著重要作用。但是，由于回撤通道主要布置在工作面結采后超前應力區內，回撤通道在施工過程中受其他應力影響很容易發生圍巖機理性破壞，表現為煤壁片幫、頂板破碎等。對于回撤通道煤壁片幫，傳統主要采用錨桿支護方式，但在實際應用中發現，片幫煤壁裂隙高度發育，錨桿支護后對大面積煤壁無法實現有效支護。本文以沙坪煤礦1815 回撤通道施工期間煤壁片幫為背景，提出注漿加固技術。

1 概況

沙坪煤礦1815 回撤通設計長度240 m，巷道斷面規格為寬×高=4.5 m×4.2 m，巷道掘進煤層為8#下煤層，煤層厚度4.5～5.1 m，結構簡單，穩定夾矸1 層，處于煤層中下部，巖性白色泥巖，厚度0.10～0.20 m。煤層穩定，內生裂隙較為發育。8#下煤層直接頂為泥巖，基本頂為砂質泥巖。

1815 回撤通上覆對應為18205 和18207 采空區，考慮到地面影響和盡量多回收煤炭資源，回撤通道計劃布置在18207 采空區和18206 采空區之間的煤柱下方。煤柱最寬處88 m，最窄處68 m。

1815 回撤通道頂板采用JW 型鋼帶、左旋無縱筋螺紋鋼錨桿、單錨索聯合支護。錨桿長2.5 m，每排5 根，錨桿排間距1.0 m，巷幫采用單錨桿支護，錨桿長度為2.0 m，排間距為1.0 m。回撤通道采用綜掘工藝，已掘進92 m。工作面在回采過程中，回撤通道兩幫煤壁出現局部破碎現象，當巷道掘進至68 m 處時煤壁出現大面積片幫現象，最大片幫深度達1.6 m，片幫高度達2.0 m，大大降低了回撤通道成型率，影響著后期工作面安全高效回撤。

2 回撤通道片幫及支護技術難題

2.1 片幫機理

（1）集中應力影響。1815 回撤通道頂板上覆17 m 為18207 采空區、18206 采空區，受采空區殘余應力、巷道掘進應力以及工作面超前應力疊加影響，回撤通道圍巖破壞嚴重。回撤通道兩幫主要為含夾矸的8#下煤層，力學性能降低，在集中應力作用下煤體內部裂隙發育，破壞了煤體整體穩定性，導致片幫現象。

（2）頂板穩定性差。1815 回撤通道直接頂主要以泥巖（炭質泥巖）為主，基本頂主要以砂質泥巖為主，直接頂巖體單軸抗壓強度不足30 MPa。在上覆采空區殘余應力垂直破壞作用下，巖體出現斷裂、離層、破碎等現象，頂板支撐強度降低，導致垂直應力頂板裂隙傳遞至巷幫煤柱上，對煤柱產生剪切破壞作用，導致煤壁片幫。

2.2 片幫煤壁支護技術難題

1815 回撤通道片幫煤體整體穩定性極差，破碎煤體單軸抗壓強度不足20 MPa，煤體破碎后在煤體內部形成應力破壞松動圈，隨著應力持續作用，應力松動圈范圍不斷擴大。通過施工窺視孔發現，嚴重片幫區域煤體松動圈深度達3.0 m，而原支護設計中巷幫錨桿長度為2.0 m，錨桿錨固端位于松動圈內部，錨固劑對錨桿錨固效果差，錨桿失效現象嚴重。

3 注漿加固技術應用

3.1 注漿材料

（1）1815 回撤通道片幫煤壁注漿施工時主要采用水泥-水玻璃混合單液漿作為注漿材料，其中水泥漿主要采用525#普通硅酸鹽水泥制成，水灰比為0.8:1，具體根據現場情況對水灰比進行適當調整。水玻璃濃度為38～42Be’，模數M=2.8～3.2，水玻璃用量為水泥重量的2%～4%。

（2）在進行注漿材料調配時，先制作水泥漿，待水泥漿充分攪拌均勻后，開始注漿前再添加水玻璃，二次攪拌后再進行壓注。在注漿期間應采用電動攪拌機不停對注漿材料進行攪拌，防止漿液沉淀。

3.2 注漿設備

采用2ZBQ45/12 型系列氣動注漿泵注漿，注漿泵額定供氣壓力0.5 MPa，注漿壓力0～12 MPa，最大注漿流量為45 L/min。該型號注漿泵配套兩個QB260 煤礦用氣動式攪拌桶。

3.3 注漿施工工藝

3.3.1 注漿鉆孔布置參數

1815 回撤通道片幫煤壁共計施工兩排注漿鉆孔，鉆孔排距為1.1 m，鉆孔間距為5.0 m，采用Ф42 mm 鉆頭打孔，一次成孔，孔深為6 m。第一排鉆孔距頂板間距為0.5 m，鉆孔水平角為0°，仰角為6°；第二排鉆孔距頂板間距為1.6 m，水平角、仰角為0°。1815 回撤通道片幫煤壁注漿鉆孔平剖面布置示意圖如圖1。

圖1 1815 回撤通道片幫煤壁注漿鉆孔平剖面布置示意圖

3.3.2 鉆孔施工工藝

（1）注漿鉆孔施工完后，在鉆孔內安裝插管，插管主要由射漿管、封孔管、直接頭等部分組成。插管總長為4.0 m，其中射漿管、封孔管長度為2.0 m。射漿管上均勻焊制若干個直徑為12 mm 注漿孔，如圖2。封孔管端頭部管體點焊有鐵絲，便于封孔纏棉紗需要。

圖2 注漿鉆孔封孔工藝平面示意圖

（2）注漿鉆孔設計封孔長度1.5 m，封孔可選用囊袋式A、B 料聚氨酯化學漿（瓦斯抽放封孔用）或注入水泥砂漿，封孔長度段漿體凝固達到一定強度后（化學漿約45 min 后，水泥砂漿約2 d），即可進行注漿施工。

（3）在注漿施工時必須控制好注漿壓力，確保注漿液能夠克服裂隙阻力滲透至圍巖裂隙中。在實際注漿施工中觀察發現，若注漿壓力過小時注漿阻力大，漿液無法完全滲透裂隙帶內，注漿范圍小；若注漿壓力過大時漿液對裂隙產生二次致裂破壞作用。所以根據15815 回撤通道煤壁片幫破碎情況，決定注漿壓力控制在0.5～1.0 MPa 范圍內。

4 結 語

1815 回撤通道于2020 年3 月27 日施工到位，通道每幫共計施工58 個注漿鉆孔，對通道兩幫采取注漿加固后，巷幫煤壁片幫現象得到有效控制，取得顯著應用成效。

（1）控制了圍巖松動圈。通過對回撤通道片幫煤壁采取注漿加固，對煤體內裂隙進行充分粘接、填充，提高了煤體整體穩定性，阻止了煤體裂隙擴張延伸，控制了圍巖松動圈范圍擴大，有效防止了裂隙煤體應力釋放時導致兩幫煤體移近、破碎現象。

（2）提高了錨桿支護強度。對1815 回撤通道兩幫煤體采取注漿加固后，提高了破碎煤體膠結強度，錨桿在注漿加固后的煤體內錨固效果得到有效提高。通過觀察發現，注漿后煤壁采用錨桿支護時錨桿失效率降低了7%。

（3）降低了煤壁剪切應力破壞作用。通過對注漿后煤體進行軸向壓力試驗發現，注漿后煤體單軸抗壓強度提高至45 MPa，增加了煤柱整體支撐強度，削弱了頂板垂直應力對煤柱剪切破壞作用，減少了煤柱片幫現象，注漿后1815 回撤通道兩幫煤體最大片幫深度控制在0.5 m 以下，片幫高度控制在0.7 m 以下。