趙莊煤業13102 復用巷道注漿優化應用研究

劉子淇

（山西晉城無煙煤礦業集團有限責任公司趙莊煤業，山西 長治 046600）

隨著開采深度的增加，巷道所處的環境也越來越差，圍巖變形量也更加嚴重，返修次數不斷增加，能否有效解決這些問題關系到煤礦的安全生產。基于現有研究，結合趙莊煤業13102 巷工程背景，總結分析了巷道的破壞原因，提出了適用于控制巷道圍巖的二次注漿支護方案，給出了最佳注漿支護參數，以期為同類復用巷道圍巖控制問題提供一條切實可行的技術方案。

1 工程概況

趙莊煤業13102 巷為1310 工作面回風順槽，全長約2750 m，為1310 和1311 兩個工作面服務。目前1309 工作面臨近回采完畢，1310 工作面準備接替，1311 正在布置回采巷道。13101 巷與13102巷之間保護煤柱凈寬50 m。計劃在13102 巷進行全長注漿加固，維護該復用巷道，以滿足1311 工作面的復用。

頂底板巖性見表1。

表1 頂底板巖性表

13102 巷為矩形斷面，尺寸為5.0 m×4.5 m，沿頂掘進，留有底煤。巷道掘進后原支護方式采用錨網梁支護，巷道錨桿錨索布置圖如圖1。頂板支護：頂角錨索距幫300 mm，每排5 根錨索，錨索為Ф22 mm、長6400 mm 的高強度低松弛預應力錨索。兩幫支護：錨桿為左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，排距1200 mm，間距950 mm，最頂、底部兩根錨桿分別距頂、底板300 mm、400 mm。每排每幫5 根錨桿，幫部上角錨桿與水平方向成10°偏角，其余4 根均與巷幫垂直；錨索每幫每排2 根，排距2.4 m，錨索間距2.2 m。

圖1 巷道原支護布置圖

2 圍巖破碎現狀

在錨網梁支護方案下，巷道圍巖移近量變大，頂板冒頂，煤壁向巷道內崩落。在工作面回采超過40 m 后，前方巷道斷面收縮量進一步增大，圍巖更加破碎，錨桿、錨索失效比較嚴重，頂板錨桿失效量超過一半，部分錨索失效，兩幫錨桿失效數量接近一半。頂板大幅下沉，兩幫嚴重變形，圍巖整體失穩，已經難以滿足13102 工作面回采期間巷道正常使用，需要對其進行多次返修，嚴重影響了工作面的正常回采進度。

根據現場統計，在現有支護方案條件下，巷道變形嚴重區域的巷道頂板位移量超過700 mm，巷道兩幫圍巖變形量超過600 mm，兩幫劇烈變形區和穩定區的變形量占總變形量的80%以上。劇烈變形區形變大的根本原因是一次支護強度不足，而穩定區是由圍巖破壞深度加深引起的，錨桿、錨索失去作用，圍巖承載能力大幅降低。

因此，采用二次注漿的支護方案加固圍堰，一次注漿用于提高一次支護強度，控制劇烈影響區巷道變形量和破壞深度，在穩定區及時進行二次注漿，提高圍巖的殘余承載能力，使圍巖達到穩定狀態。

3 13102 巷注漿加固方案

3.1 一次注漿加固方案

復用巷道理論最佳注漿時機是工作面后方0～150 m 范圍，即巷道初始變形區。初始變形區內巷道圍巖發生松動，裂隙貫通，可注性提高，注漿效果好。理論最佳錨索補強時機是越早越好，在煤體內裂隙尚不發育、完整性仍較高時，錨索錨固力最有可能達到要求，后期隨著巷道變形增大，破壞深度增加，錨索錨固力快速降低。

目前存在的主要問題是超前工作面提前補打幫部錨索，錨固力多數不達標，必須采用注漿后幫部錨索補強。注漿是為了給錨索提供更好的受力環境，實施超前注漿、錨索補強，均必須超過工作面前方150 m 以外。

3.1.1 注漿范圍

巷道全長，煤柱一側和工作面一側。

3.1.2 鉆孔布置

采用4 m、10 m 兩個孔深進行注漿，4 m 孔用于封幫。

4 m 孔布置：淺孔每排4 個鉆孔，4 個鉆孔在一條直線上。第1 鉆孔距離頂板0.8 m，孔深4 m，仰角10°；第2 個鉆孔距離第1 個鉆孔1.1 m，孔深4 m，仰角0°；第3 個鉆孔距離第2 個鉆孔1.1 m，孔深4 m，仰角0°；第4 個鉆孔距離第3 個鉆孔1.1 m，孔深4 m，仰角0°；中部鉆孔距離底板2.5 m，孔深4 m，仰角0°，孔徑均為42 mm。鉆孔排距2 m。4m 淺孔布置平面圖如圖2。

圖2 4 m 淺孔布置平面圖

10 m 孔布置：孔深10 m，孔徑42 mm，每排2個鉆孔，孔間距2 m，上排鉆孔距頂板1.5 m，仰角5°，下排鉆孔距頂板3.0 m，仰角0°。10m 孔布置平面圖如圖3。

圖3 10m 孔布置平面圖

3.1.3 注漿管安裝、封孔

外部采用1 根DN20 鋼管，2 m，內部采用PE 管。封孔長度：4 m 孔封孔長度0.5～1 m，10 m 孔封孔長度1～2 m。

3.1.4 注漿材料

4 m 孔使用聯邦加固1 號（雙液）注漿材料，使用水灰比0.8:1～1:1。10 m 孔采用聯邦加固1 號（單液）注漿材料，使用水灰比0.6～0.8:1。該注漿材料具有快凝、早強、高滲透性、結石率高等特性，可以根據需要，調整凝結時間和膠結強度。不同水灰比條件下凈漿固結強度見表2。

表2 聯邦加固Ⅰ號雙液材料抗壓強度對比（MPa）

3.1.5 注漿參數

注漿壓力：4 m 淺孔注漿終止壓力6～8 MPa，10 m 孔試驗15 MPa 壓力下注漿情況，如可行按照終止壓力15 MPa 執行，如不可行，注漿終止壓力應不小于10 MPa。

3.2 13102 巷二次注漿加固方案

注漿范圍：巷道全長，僅煤柱一側。

注漿時機：1310 工作面后方600～800 m 范圍，跟隨工作面回采進行。

鉆孔布置：鉆孔上下排布置，上排孔距頂板為1.5 m，仰角5°，孔深8 m；下排孔開孔高度距頂板3.0 m，仰角0°，孔徑均為42 mm。鉆孔排距2 m。二次注漿8 m 鉆孔布置圖如圖4。

圖4 二次注漿8 m 鉆孔布置圖

注漿材料和注漿參數：二次注漿10 m 孔采用聯邦加固1 號（雙液）注漿材料，水灰比0.8:1。注漿終止壓力不小于8 MPa。注漿過程中應注意壓力不可過大，如煤幫出現異常，應減小注漿壓力。

4 工程應用

對13102 復用巷道注漿完畢后，布置12 個位移測點，并持續觀測測點，每7 d 觀測一次，變化速度大于5 mm/d 時，每3 d 觀測一次。分析巷道變形量和變形速度，得到注漿加固后圍巖變形曲線和變形速率曲線如圖5。

圖5 圍巖變形情況

由圖可知，對巷道注漿加固后，巷道總變形量為：頂板下沉量小于400 mm，兩幫移近量少于350 mm，滿足使用需求。相對于原支護方案的頂板和兩幫的位移量700 mm、600 mm，分別減少了43.9%、41.7%。由變形曲線可知，距離工作面越近，變形量越大，在距工作面超過40 m 時，巷道圍巖變形量的速率急劇減緩。通過二次注漿提高了圍巖的整體強度，改善了巷道圍巖的力學性能，為錨桿提供了強有力的著力基礎，有效控制了巷道圍巖的位移量，支護效果良好。

5 結論

（1）在錨網梁支護方案下，當本工作面回采時，復用巷道受回采動壓的影響，礦壓顯現劇烈，表現為巷道圍巖移近量變大，頂板冒頂，煤壁向巷道內崩落。

（2）對復用巷道進行二次注漿，一次注漿的目的是提高一次支護強度，減小劇烈影響區巷道變形量和破壞深度，在穩定區及時進行二次注漿，提高殘余承載能力，使圍巖進入穩定狀態。

（3）通過工程實踐可知，優化方案提高了圍巖的整體強度，改善了巷道圍巖的力學性能，有效控制了巷道圍巖的位移量，滿足了工作面的使用需求。