注漿加固技術在小煤柱沿空掘巷中的應用

張浩春

（山西省晉神能源有限公司，山西 忻州 036599）

0 引 言

部分礦井規劃采區及布置采掘面時，為提升煤礦資源回收率，往往采用預留小煤柱，并使用沿空掘巷方式進行工作面布置。該布置方式在掘進過程中動壓顯現明顯，巷道變形嚴重。因此，沿空掘巷施工首要解決的問題是巷道支護問題。目前，注漿支護技術在沿空掘巷及松軟巖層施工中普遍應用，也是一種具備較高支護強度的支護方式。因此，晉能控股集團有限公司白洞礦業8114 工作面運輸巷采用注漿加固措施，以期解決小煤柱沿空掘巷中圍巖壓力大、巷道變形嚴重、影響安全施工的問題，為礦井安全高效生產提供工程實踐和科學依據。

1 工作面概況

白洞礦業8114 工作面主采煤層為8 號煤層，工作面地質條件見表1。工作面運輸巷采用預留小煤柱沿空掘巷方式進行布置，具體為沿8 號煤層頂板進行掘進施工，緊鄰8812 采煤工作面及其采空區留設寬度為5 m 的小煤柱。受回采期間的巷道動壓影響，沿空掘進施工后，巷道圍巖強度明顯降低，巷道變形嚴重。

表1 8114 工作面地質條件Table 1 Geological condition of No.8114 Face

2 巷道支護及注漿分析

2.1 巷道支護基本情況

8114 工作面運輸巷為梯形斷面，凈斷面面積為13.94 m2，支護方式采用錨網索配合支護，采用22 mm×2 600 mm 左旋無縱筋錨桿，間排距700 mm×700 mm；采用17.8 mm×7 000 mm 的鋼絞線錨索，間排距1 700 mm×2 100 mm，巷道支護斷面如圖1 所示。

圖1 巷道支護斷面示意Fig.1 Roadway support section diagram

2.2 注漿分析

8114 工作面運輸巷埋藏深，標高處于-489—-536 位置，巷道所受地應力較大，因其緊鄰8112采煤工作面及采空區，加之巷道為13.94 m2的大斷面，所受應力更加集中，極易造成巷道圍巖穩定性破壞，產生巷道損壞情況。同時，受8112 采煤工作面回采期間動壓，8114 工作面運輸巷成巷后，巷道變形量大，頂板局部冒落嚴重，直接底為厚2.0 m 的泥巖，遇水泥化后膨脹性強，進一步降低巷道整體工程穩定性，導致開采后出現頂板破碎情況發生。

巷道原支護所采用的錨網索配合支護形式因強度不足，無法很好地達到圍巖控制，生產無法保證較高水平的單進效率，無法保證安全生產，物料消耗方面需要大量的二次投入，需要大量的維修工程及高強度的工人勞動。因此，通過注漿加固方式增強巷道穩定性，實現巷道圍巖控制十分必要。

3 注漿加固方案

3.1 注漿材料

為了對注漿加固效果進行有效分析，結合工程實踐，選取8114 工作面運輸巷部分區域段巷道進行注漿加固，并與其前方范圍內未進行注漿加固巷道進行對比。注漿材料為單液水泥漿液，漿液基本材料選用PC42.5 水泥基，漿液水灰質量比可根據施工現場實際情況進行調節，范圍為（1∶0.5） ～（1∶0.8）。同時，施工現場進行漿液攪拌時，要摻入外加劑，外加劑由一定比例的減水劑與膨脹劑混合而成，該比例為1∶6。最終配置好的漿液強度要求20 MPa 以上，結實率不得低于96%。

3.2 注漿鉆孔布置

注漿方式采用單液注漿，分別對巷道上下幫及頂板進行注漿加固。其中，上下幫和頂板各布置3個注漿鉆孔，巷道斷面共施工9 個注漿鉆孔，鉆具為礦用手持式YN30 風鉆，鉆孔直徑45 mm，鉆孔深2.5 m，鉆孔具體施工參數見表2。

表2 注漿鉆孔施工表Table 2 Grouting drilling construction

現場施工過程中，作業人員發現注漿管的更換耗時較長，影響整體工程進度，為了高效地完成注漿工序，現場設計一種便捷更換的注漿管。注漿管具體參數見表3，孔口注漿管如圖2 所示。

圖2 孔口注漿管Fig.2 Hole grouting pipe

表3 孔口注漿管參數Table 3 Hole grouting pipe parameters

3.3 注漿工藝

注漿設備選用ZBYSB50/18-7.5 型礦用液壓泵，注漿時，需保證注漿壓力值在2.5 ～3.0 MPa，注漿后擴散半徑2.0 m，注漿量控制在2 t/m。在正式注漿前，施工人員首先進行封孔，為保證封孔質量，現場使用水泥加速凝劑，封孔長度為0.4 m。為保證注漿后的圍巖控制效果，注漿的時間應選擇在巷道圍巖支護體系形成之后的一段時間。注漿的順序為自下而上、自左而右。

注漿流程如圖3 所示。

圖3 注漿流程示意Fig.3 Grouting process diagram

4 效果分析

礦山壓力顯現的最直觀表現為巷道頂底板及上下幫變形，通過觀測巷道注漿區域與非注漿區域的巷道變形量，能夠得出注漿效果的優劣。在注漿巷道段選取6 個觀測點，分別對應8114 工作面運輸巷25、40、55、70、85、100 m 處，編號依次為1號～6 號觀測點。未注漿段巷道共選擇3 個觀測點，分別對應8114 工作面運輸巷125、140、155 m 處，編號依次為7 號～9 號觀測點。統計的巷道平均變形速率如圖4 所示。

圖4 巷道變形平均速率Fig.4 Average rate of roadway deformation

分析圖4 的觀測數據可知：①與未注漿區域巷道相比，注漿區域巷道的頂底板變形速率和上下幫下沉速率明顯降低，其中，未注漿區域巷道頂底板最大變形速率為0.43 mm/d，而注漿區域巷道該值僅為0.13 mm/d，未注漿區域巷道頂底板最小變形速率為0.21 mm/d；②注漿區域巷道2 號觀測點的數值出現負數，經實際反饋，2 號觀測點布置在底板的基準點，因巷道維修臥底，掉落導致；③雖然巷道兩幫變形量在注漿區域巷道段的1 號、2 號、5 號觀測點和未注漿區域巷道段7 號、8 號、9 號觀測點數值差別不大，但在巷道兩幫變形速率上，注漿區域巷道明顯低于未注漿段；④注漿區域巷道段內的1 號、2 號、4 號、5 號觀測點在整個觀測周期內，巷道兩幫距離都不同程度變小，而3 號、6 號觀測點變化不大。

5 結 論

（1） 針對使用小煤柱護巷進行沿空掘巷存在的巷道圍巖變形嚴重問題采用注漿加固措施。注漿設備選用ZBYSB50/18-7.5 型礦用液壓泵，配合水泥加速凝劑進行封孔。現場設計一種便捷更換的注漿管。

（2） 礦壓觀測數據表明，與未注漿區域巷道相比，注漿區域巷道的頂底板變形速率和上下幫下沉速率明顯降低。其中，未注漿區域巷道頂底板最大變形速率為0.43 mm/d，而注漿區域巷道該值僅為0.13 mm/d，未注漿區域巷道頂底板最小變形速率為0.21 mm/d。巷道兩幫變形量在部分巷道段差別不大，但在巷道兩幫變形速率上，注漿區域巷道明顯低于未注漿段。