回采巷道掘進過破碎帶注漿加固技術研究

雷 胖

（山西汾西正令煤業有限責任公司，山西 孝義 032300）

隨著礦井采掘深度增加，煤炭回采時受斷層、褶曲、地層破碎帶等構造影響更為顯著[1-2]。回采巷道掘進過破碎帶時常出現圍巖變形量大、頂板冒落等問題，給巷道掘進及后續使用安全帶來較大威脅[3-5]。山西某礦50302 運輸巷掘進時受區域褶曲構造影響，巷道掘進至660～720 m 范圍內遇破碎帶，提出通過注漿方式加固破碎帶煤巖體，文章就對注漿加固技術方案以及應用效果進行分析，以期為其他礦井回采巷道破碎圍巖控制提供經驗借鑒。

1 工程概況

50302 運輸巷巷寬4.5 m、巷高3.1 m，采用EBZ160 綜掘機沿3 號煤層頂板掘進，采用錨網索方式支護圍巖。3 號煤層為礦井主采煤層之一，煤層厚度平均3.1 m，傾角3°～7°，賦存穩定。3 號煤層直接頂為厚度0.5～12.7 m 砂質泥巖，厚度變化較大，中間夾雜有少量植物化石；基本頂為細砂巖，厚度2.75 m，致密且堅硬；直接底為泥質粉砂巖，厚度3.97 m，中部夾雜煤線；基本底為粉砂巖，厚度7.5 m。

根據已有物探資料以及探測鉆孔探測資料顯示，50302 運輸巷掘進至560～720 m 范圍內遇破碎帶，在破碎帶內圍巖承載能力、穩定性等較差，為此采用注漿方式對圍巖進行加固，以期實現巷道高效掘進以及安全使用。

2 注漿加固技術應用

2.1 注漿加固必要性分析

當巷道掘進遇破碎帶時可采用加密錨桿索或者采用U 型鋼架棚方式強化圍巖支護，雖然可在一定程度上降低圍巖變形，但是由于破碎帶內煤巖體中發育有大量裂隙，圍巖整體穩定性及強度較差[6-7]。注漿后漿液在破碎煤巖體內擴展，并可將原本破碎的煤巖膠結為結構相對完整的整體，提高煤巖體自身穩定性，改善力學性質（增強黏聚力及內摩擦角）。

50302 運輸巷頂板巖層為砂質泥巖，在破碎帶內裂隙發育同時容易出現風化，巷道在破碎帶內頂板控制難度大。若采用以往的錨網索支護方式勢必面臨較大的頂板下沉以及冒落風險。為實現巷道圍巖有效控制需對頂板以及巷幫進行注漿，同時及時對圍巖進行噴漿，降低圍巖風化程度。

2.2 圍巖注漿加固方案

根據巷道掘進前方破碎帶發育情況，為確保巷道圍巖穩定，在巷道掘進至破碎帶兩側10 m 范圍作為注漿加固起點及終點，以便確保巷道使用安全。

2.2.1 注漿鉆孔布置

在破碎帶影響范圍內向在巷道頂板布置3 個注漿孔，中部注漿孔沿著巷道中線布置，其余兩個注漿孔距離巷幫間距均為0.8 m、外插角均為65°。布置的注漿孔深度均為8 m，鉆孔間排距均為2.0 m，鉆孔孔徑75 mm。

為確保巷幫圍巖穩定，降低破碎圍巖給巷道及后續使用影響，在巷幫布置2 排鉆孔，鉆孔布置形式為矩形。上排鉆孔仰角10°，開孔位于頂板下方1 000 mm處；下排鉆孔與上排鉆孔間距1 000 mm，垂直煤幫施工。巷幫鉆孔孔深均為8 m，鉆孔孔徑50 mm。具體巷幫注漿鉆孔布置如下頁圖1 所示。

由于破碎帶內煤巖體裂隙發育，為避免后續注漿過程中出現串孔情況，巷道鉆孔施工及注漿采用分次進行，具體鉆孔分次施工及注漿布置如圖1 所示。一次鉆孔鉆進、注漿完成后，再進行二次鉆孔鉆進、注漿工作。現場注漿時應遵循先頂板、后巷幫順序。

圖1 注漿鉆孔布置示意圖（mm）

2.2.2 注漿材料及注漿參數

注漿材料為聯邦加固1 號，該種注漿材料含有A/B 兩種漿液，具有早強、速凝、結石率高、滲透性強等優點，膠結強度以及凝結時間調整可通過調整水灰比實現。現場發現將水灰質量比確定為0.8∶1.0 時注漿漿液擴散效果較為顯著。注漿漿液在混合后3 min內即失去流動性；混合后15 min 漿液即完全固化；混合后8 h 煤巖體固結強度及粘結強度可分別達到12 MPa、2 MPa。

在破碎段巷道圍巖注漿加固時，將注漿孔封孔長度控制在2 m 以上，頂板、巷幫注漿壓力分別控制在4 MPa、6 MPa 以內。注漿期間時刻關注圍巖，避免注漿壓力過大導致頂板或者巷幫煤巖體失穩。若頂板、巷幫注漿時出現漏漿問題，可采用間斷注漿方式進行處理，每次間斷時間控制在2 min 以內；注漿一段時間后當發現注漿漿液外溢嚴重或者達到設計壓力值后，即可停止注漿。

3 圍巖注漿加固效果

在掘進至破碎帶期間采用頂板、巷幫注漿方式對圍巖進行控制，并對50302 運輸巷表層噴漿。支護方案應用后監測圍巖變形，具體結果見圖2 所示。從監測結果看出，巷道注漿加固完成后頂板及巷幫噴漿層未出現開裂跡象，巷道圍巖變形量整體較小，其中在監測期間（為期60 d）發現頂底板、巷幫變形量分別穩定在142 mm、37 mm，頂底板變形中底鼓量占比可達到65%，主要是由于底板未進行支護導致。對破碎帶煤巖體注漿加固后，巷道圍巖變形量整體較小，同時頂板巖層穩定，未有頂板冒落跡象出現。

圖2 圍巖變形監測結果

4 結論

1）50302 運輸巷掘進過破碎帶期間面臨圍巖破碎、穩定性以及承載能力差等問題，為此提出在巷道原有錨網索支護基礎上，采用注漿方式提高破碎帶煤巖體穩定性及承載能力。依據掘進巷道實際情況，對頂板以及巷幫注漿加固鉆孔布置方案進行設計，并提出分次注漿方式避免注漿過程中出現串孔。

2）現場應用后，巷道在破碎帶內掘進時未有冒頂征兆發生，巷道表層噴漿層未有開裂跡象，同時巷道頂底板、巷幫最大變形量分別穩定在142 mm、37 mm，圍巖變形量較小，可確保巷道使用需要。