綜采面回采巷道注漿加固應(yīng)用分析

（陽泉煤業(yè)集團(tuán)和順新大地煤業(yè)有限公司 山西 032700）

引言

通過對(duì)工作面回采的因素及頂板管理情況分析，對(duì)巷道變形破壞特征進(jìn)行分析，提出采面支護(hù)措施，再進(jìn)行巷道注漿加固技術(shù)，對(duì)注漿參數(shù)、工藝、配方等進(jìn)行研究實(shí)踐，經(jīng)圍巖力學(xué)性能測試，該研究能快速增強(qiáng)穩(wěn)定性，使在空頂期間而不失穩(wěn)冒落，以滿足綜采面快速推進(jìn)的要求。

1.工程概況

以某一礦井工作面為例，其長度為以前333m，傾斜長度為152m，施工的礦層是11#煤，厚度均數(shù)是4.99m，采高度為3.3m，傾斜角度為1°-11°。工作面掘進(jìn)450m之后達(dá)到9#煤，此煤層為小窯破壞區(qū)。施工方式為越界，能夠直達(dá)11#煤工作面，并且走向和工作面傾斜的長度為420m，和工作面平行的長度為180m。工作面和巷道接觸后，巷道冒落位置的矸石快速發(fā)生冒落，導(dǎo)致安全問題出現(xiàn)。工作面穿過巷道，以往采用的支護(hù)方式為工作面超前木棚加強(qiáng)支護(hù)、帶壓擦頂移架、二次拉架以及單體支柱輔助調(diào)整推移支架等，此類支護(hù)措施可以發(fā)揮支護(hù)作用，不過其施工期間出現(xiàn)安全事故的概率較高，且需要耗費(fèi)中座的資源。但是應(yīng)用馬麗散注漿加固工藝，在空巷冒落位置第一時(shí)間進(jìn)行灌注，可以產(chǎn)生人造頂板，良好的預(yù)防冒頂事故的出現(xiàn)。

2.影響工作面回采的因素及頂板管理情況

這一工作面中沒有斷層構(gòu)造，全部為單斜結(jié)構(gòu)，工作面走向?yàn)樽阅舷虮敝饾u降低，未存在陷落柱與沖刷帶問題。與工作面相對(duì)的地表構(gòu)造為平地，不會(huì)出現(xiàn)水體堆積現(xiàn)象，因此不會(huì)擔(dān)心出現(xiàn)水質(zhì)災(zāi)害，預(yù)估其涌水量最多是0.12m3/min，一般情況下涌水量在0.08m3/min左右。工作面不會(huì)受到?jīng)_擊地壓的作用，同時(shí)在整體的施工期間也沒有發(fā)生沖擊地壓事故。輸送巷道應(yīng)用錨桿鋼帶與錨索結(jié)合的支護(hù)措施，按照之前測算的支護(hù)密度與工作面的實(shí)際狀況，選取的支護(hù)措施是一梁一柱雙排超前支護(hù)，支護(hù)間距最低為30m，兩排之間的間距是2.4m，相鄰支柱的間距是1m。

3.巷道變形破壞特征

因?yàn)槭┕さV層上部存在厚度與硬度均較高的頂板，若是工作面頂板或者上方關(guān)鍵層出現(xiàn)損害，則可能造成施工區(qū)域周邊發(fā)生較高的變形。工作面中挖掘的煤礦具有較高的硬度與脆性，若是周邊巖層出現(xiàn)變動(dòng)可能因?yàn)樗榱讯a(chǎn)生縫隙，造成巷道周邊巖層之前采取的支護(hù)構(gòu)造發(fā)生損害，嚴(yán)重影響支護(hù)效果。尤其是煤層頂板上方有大量的水體，則在輔運(yùn)巷聯(lián)巷沖刷位置，可能發(fā)生水害。持續(xù)的增加作用水量則表明頂板縫隙受水體的影響逐漸增加，周邊巖層的縫隙也逐漸增大，進(jìn)而造成之前采取的支護(hù)效用逐漸降低。當(dāng)輔運(yùn)巷道施工位置到達(dá)首次見方位置則開始承受作用力。

4.綜采面回采巷道注漿加固應(yīng)用分析

(1)采面支護(hù)措施

工作面在施工期間因?yàn)閿鄬拥男в茫旱V碎裂范疇逐漸增多，可能造成煤壁片幫現(xiàn)象，發(fā)生頂板冒落情況。①工作面施工造成的超前支撐壓力，前部的煤礦發(fā)生移動(dòng)。所以，頂板損壞位置液壓支架需要在承受作用的情況下移動(dòng)，在特定情況下需要采用超前拉架，第一時(shí)間應(yīng)用護(hù)幫板，防止出現(xiàn)煤壁片幫或者頂板冒落問題。②在回采工作面回采巷道位置采用超前支護(hù)，支柱需要保證承載作用力不低于90kN。施工工作者需要每兩小時(shí)針對(duì)支護(hù)位置頂板和煤壁的狀況展開檢驗(yàn)，若是查看到頂板與煤壁出現(xiàn)異常需要第一時(shí)間向相關(guān)人員報(bào)備。

(2)巷道注漿加固方案

此次灌漿操作在選取灌漿材質(zhì)期間融合了項(xiàng)目施工投入和施工效果要求，因此選取了高水速凝材質(zhì)，實(shí)際灌漿期間應(yīng)用的加固指數(shù)大概為：

①灌漿施工系統(tǒng)與設(shè)備。動(dòng)力設(shè)備應(yīng)用多功能風(fēng)動(dòng)注漿泵，風(fēng)壓需控制在4-7MPa，而雙液灌漿設(shè)備的壓力為5MPa。馬麗散樹脂與馬麗散催化物質(zhì)通過兩個(gè)進(jìn)液口進(jìn)入。且在管道中裝設(shè)壓力計(jì)用以管控實(shí)際的進(jìn)入量，待兩種物質(zhì)完全融合之后，在借助灌漿管道與灌漿桿將其輸送到孔洞之中，灌漿工作結(jié)束之后需在孔洞口裝設(shè)封口裝置。

②灌漿孔洞布局。在工作面輸送巷道頂板位置應(yīng)用淺層灌漿與灌漿錨索融合的灌漿方法，煤柱位置應(yīng)用灌漿錨索展開加固，巷道頂板位置需要布設(shè)的為兩個(gè)淺層灌漿孔洞，三個(gè)灌漿錨索孔洞，且淺層灌漿孔洞的間距大約為1500mm，深度為2.5m，半徑為21mm，灌漿錨索孔洞的間距為1250mm，排距為1600mm，深度為8000mm，半徑是16mm，煤柱幫位置設(shè)計(jì)兩個(gè)灌漿錨索，間距為1100mm，排距為1600mm，孔洞深度為5000mm，半徑為16mm，頂板和煤柱幫規(guī)劃的灌漿錨索的預(yù)緊力均是28MPa。

③灌漿液水灰配比。此次應(yīng)用的高水速凝材料的重點(diǎn)構(gòu)造類型為甲料加甲料或者乙料加乙料，其中甲料加甲料的關(guān)鍵組成物質(zhì)是硫鋁酸鹽水泥熟料與懸浮劑和緩凝劑；而乙料加乙料的關(guān)鍵組成物質(zhì)是石膏、石灰、懸浮劑與速凝物質(zhì)。應(yīng)用各種水灰配比進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，最終發(fā)現(xiàn)若是水灰配比為1.5:1，此時(shí)灌漿液凝結(jié)的性能與經(jīng)濟(jì)性較高，所以實(shí)際施工期間采用的水灰比為1.5:1。

④灌漿壓力。灌漿壓力通常受到灌漿材質(zhì)的性能、滲透范疇以及周邊巖層的滲透能力影響，灌漿過程中通過高壓能夠?qū){液輸送到縫隙之中，不過若是壓力高出正常范圍太多則可能損壞周邊巖層；若是周邊巖層縫隙較大，則灌漿壓力不能超過1MPa，若是周邊巖層縫隙不大則灌漿壓力需要控制在1-2MPa。依據(jù)有關(guān)工作面輸送巷的具體狀況判定淺層灌漿孔洞的灌漿壓力小于2MPa，灌漿錨索的壓力需要小于5MPa。

⑤灌漿數(shù)量。因?yàn)橹苓厧r層縫隙的原因，造成周邊巖層曠動(dòng)勻?qū)嵍容^低且?guī)r性各不相同，所以其吸收漿液的能力也存在差異，為了能夠?qū)χ苓厧r層起到穩(wěn)固效果，同時(shí)節(jié)約灌漿液與時(shí)間，所以通常將周邊巖層滲漿當(dāng)作終止施工的信號(hào)，用其計(jì)算灌漿用量。

⑥灌漿用時(shí)。若想避免偽頂灌漿期間出現(xiàn)問題，灌漿過程中需要良好的管控施工壓力與灌漿液用量，此外還需要管控灌漿用時(shí)，通常情況下灌漿時(shí)間需要控制在15min-20min之間。

(3)效果監(jiān)測

針對(duì)周邊巖層的力學(xué)性能展開測驗(yàn)。①取芯率：偽頂開展灌漿加固操作前期，巖芯縫隙比較顯著，縫隙的紋路鮮明，通常會(huì)在巖芯橫斷面位置裂開，因此取芯率偏低，大約為28%。灌漿加固工作完結(jié)后，巖芯縫隙中充斥著漿液，依據(jù)巖芯橫切面能夠進(jìn)行分辨，而巖芯橫切面中大多數(shù)的縫隙中含有漿液，待灌漿結(jié)束后取芯率能夠達(dá)到48%。②力學(xué)性質(zhì)：灌漿加固操作結(jié)束后，偽頂周邊巖層各個(gè)深度的物理力學(xué)性能均有所提升。其中單軸抗壓強(qiáng)度提升4MPa，大約提升了43%；抗拉強(qiáng)度由1.8MPa增長到2.38MPa，提升了30%；周邊巖層粘聚力增長了7.66MPa，提升了約270%；內(nèi)摩擦角增長了9°，提升了29%，靜彈性模量提升了45%。依照有關(guān)文件可見，灌漿加固前期巖層相對(duì)松軟無法良好的開展支護(hù)，待加固工序完成后巖層硬度提升，能夠進(jìn)行支護(hù)。巷道灌漿之后單軸抗壓強(qiáng)度顯著提升，巖層分類級(jí)別也隨之提升。通過實(shí)驗(yàn)可見，灌漿加固完結(jié)后偽頂能夠符合施工要求。

5.注漿效果

煤體強(qiáng)度增加。回采工作面中煤體硬度偏低，煤層相對(duì)松散，針對(duì)斷層能夠干擾的范疇展開灌漿加固，使得漿液能夠良好的充斥到煤層的縫隙中，進(jìn)而提升煤壁的性能。針對(duì)煤層進(jìn)行加固后，工作面回采經(jīng)過斷層時(shí)沒有出現(xiàn)煤壁片幫問題。

6.結(jié)束語

綜上所述，在一些破碎回采巷道之中，或者是巷道的應(yīng)力相對(duì)高，若是只應(yīng)用一些較為傳統(tǒng)的支護(hù)手段，很難滿足復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下巷道支護(hù)的要求，而且巷道維護(hù)工作也變得越來越困難。借助于注漿工藝以進(jìn)一步的對(duì)巷道圍巖結(jié)構(gòu)加以加固處理，從而確保圍巖結(jié)構(gòu)的承載性能得以提升，可以顯著的改善巷道圍巖結(jié)構(gòu)破碎狀況，這是非常有效的圍巖加固方法，其能夠確保圍巖的破碎狀態(tài)得以有效改善，同時(shí)對(duì)于巷道維護(hù)更為有利。