成莊礦破碎圍巖注漿加固工藝研究與應用

＊池國成 祁海青

（晉能控股裝備制造集團成莊礦生產技術部 山西 048021）

1.實施背景

隨著礦井開采不斷向深部延伸，采面復用、留用巷道逐漸增多，受多次采動影響巷道壓力顯現明顯，部分留用復用巷道錨網支護已經基本失效，只能采取起底、開幫、錨桿索補強等措施進行維護或者重新施工巷道，零星工程量成倍增大，礦井安穩運行負擔越來越重，嚴重制約了礦井安全高效發展。

2.工程概況

2321孤島采煤工作面位于一水平二盤區、3#煤層、標高（最高598m、最低570m）、走向長度1078.552m、傾斜長度104m、采高6.25m。23212巷為2321綜放工作面新掘進風巷，該巷道距上一工作面復用巷道23192僅有15m煤柱，23213巷原為2243副巷，在2321工作面回采過程中復用作為工作面順槽使用，工作面巷道布置情況如圖1所示，受周圍臨近面采動及本工作面采動影響，礦山壓力顯現明顯。

圖1 2321工作面巷道布置示意圖

23212巷和23213巷巷道變形嚴重，主要表現為巷道兩幫收縮和底鼓，嚴重影響巷道正常使用，新掘巷道（23212巷）與復用巷道（23192巷）之間僅有15m煤柱，幾乎完全破碎，煤柱在采動影響下破壞嚴重，影響巷道成型和掘進速度；23212巷掘出后，兩幫隨即發生移近變形；2321工作面回采過程中受到二次采動影響，導致巷道圍巖嚴重變形破壞；工作面回采之前，需要在兩條巷道之間施工橫川，會進一步破壞煤柱，加劇巷道變形；巷道圍巖嚴重破壞直接影響到工作面兩端頭的整體穩定性，工作面煤壁片幫、漏頂現象主要發生在工作面兩端各15架支架范圍內。因此，有必要對該巷道進行超前注漿加固，控制回采巷道變形量，保障工作面安全回采順利進行。

3.注漿鉆孔布置設計

由上述分析可知，在巷道中工作面側布置注漿鉆孔，鉆孔呈“三花”布置，兩排鉆孔均水平布置。注漿鋼管采用4節2m長的4分鍍鋅鋼管連接，第一節為孔口管，需特殊加工，第二節為連接管，第三、四節為射漿管，管身需加工射漿孔，射漿孔直徑5mm，間距200～300mm。迎頭及兩幫注漿使用聯邦加固AB料，水灰比0.8:（1～1.1），注漿壓力4～6MPa；底板注漿使用52.5普通硅酸鹽水泥，水灰比（0.6～0.8）:1，以充填為主，注漿壓力不宜過高，控制在4MPa以內。

4.工業性試驗及效果考察分析

(1)23212巷現場注漿情況及效果考察

根據注漿方案，現場在23212巷中進行超前工作面注漿作業。由現場注漿量記錄統計情況可以看出，共布置注漿鉆孔504個，加固巷道長度644.1m，累計消耗注漿加固材料7704袋，192.6t，平均注漿量15.32袋/孔，單孔最大注漿量64袋。現場注漿施工情況良好，材料可注性較好，注漿加固范圍較大，施工難度不大。

為了更直觀的分析巷道注漿加固效果，分別在巷道420m、440m、460m、480m、500m處測站編號為1#～5#，并以測站距工作面距離為橫坐標，以變形量或變形速度為縱坐標，繪制出巷道頂底板移近量及其速度變化曲線，如圖2所示。

圖2 注漿加固后巷道頂底板移近量及速度曲線

綜合上述可知，可將注漿加固后23212巷頂底板變形規律大致劃分為三個階段：初始變形階段、緩慢變形階段及急速變形階段。超前工作面注漿效果極大程度控制了巷道的變形，使工作面正常推進無需再進行再次起底，以滿足回采需要。與此同時，對注漿加固后巷道兩幫變形進行監測，兩幫移近量及其速度變化曲線，如圖3所示。

圖3 注漿加固后巷道兩幫移近量及速度曲線

從圖3可以看出，23212巷變形量基本減少了一半，巷道注漿加固效果顯著。超前工作面注漿效果極大程度控制了巷道的變形，使得工作面正常推進過程中無需再進行再次擴幫，能夠滿足回采需要。

(2)23213巷現場注漿情況及效果考察

在23213巷中共布置注漿鉆孔269個，加固巷道長度343.1m，累計消耗注漿加固材料4104袋，102.6t，平均注漿量15.26袋/孔，單孔最大注漿量24袋。

為了更直觀地分析巷道注漿加固效果，分別在巷道320m、340m、360m、380m、400m處采用巷道變形監測的“十”字測站法對注漿加固后的巷道表面位移變化情況進行監測，測站編號為1#～5#，并以測站距工作面距離為橫坐標，以變形量或變形速度為縱坐標，繪制出巷道頂底板移近量及其速度變化曲線，如圖4所示。

圖4 注漿加固后巷道頂底板移近量及速度曲線

綜合上述分析可知，①初始變形階段，工作面前方約30m至工作面前方約90m位置處，巷道出現頂底板移近變形，隨著工作面推進出現微小變形，巷道頂底板移近量最大值約為75mm，變形速度最大值約為42mm/d；②緩慢變形階段，工作面前方約15m至工作面前方約30m位置處，巷道頂底板移近變形緩慢增長，該階段巷道頂底板移近量最大值約為150mm，變形速度最大值約為36mm/d；③急速變形階段，工作面位置至工作面前方15m位置處，巷道頂底板移近變形急速增長，該階段巷道頂底板移近量最大值約為270mm，變形速度最大值約為56mm/d。

超前工作面注漿效果極大程度控制了巷道的變形，使得工作面正常推進過程中無需再進行再次起底，能夠滿足回采需要。與此同時，對注漿加固后的巷道兩幫變形進行監測，如圖5所示。

圖5 注漿加固后巷道兩幫移近量及速度曲線

通過圖5可以看出，巷道兩幫變形規律同樣也可以相應的分為三個階段：①初始變形階段，工作面前方約30m至工作面前方約90m，該階段巷道兩幫移近量最大值約為90mm，變形速度最大值約為12mm/d；②緩慢變形階段，工作面前方約15m至工作面前方約30m位置處，該階段巷道變形緩慢增長，巷道兩幫移近量最大值約為150mm，變形速度最大值約為36mm/d；③急速變形階段，工作面位置至工作面前方約15m位置處，該階段巷道變形急劇增長，巷道兩幫移近量最大值約為243mm，變形速度最大值約為48mm/d。

同時，據現場工作量統計，在23212巷加固巷道長度644.1m，使用注漿材料192.6t；在23213巷加固巷道長度343.1m，使用注漿材料102.6t；總計加固巷道長度987.2m，使用注漿材料295.2t。

除此之外，開始回采后發現在局部未注漿區段工作面兩端頭煤壁片幫非常嚴重，煤壁中上部出現片幫1～2m左右，給安全生產帶來嚴重威脅。我們對局部未注漿或注漿不到位的區段及時進行了補注，并對超前注漿后的兩端頭煤壁片幫情況進行了統計，通過對現場注漿前后煤壁片幫量進行觀測對比可以看出，在注漿之前工作面煤壁片幫現象非常嚴重，片幫深度比較大，巷道變形嚴重，巷道斷面根本無法保證工作面正常回采，必須重新進行起底擴幫；超前工作面進行注漿加固后，在觀測統計范圍內，工作面端頭煤壁片幫頻率明顯減少，且片幫范圍均比較小，基本分布在100～300mm范圍。對比未注漿段的工作面端頭煤壁片幫情況可知，注漿加固的實施達到了比較理想的效果，達到了防止煤壁片幫的要求，對工作面的正常回采提供了保障，注漿區域工作面煤壁及頂板狀況明顯改善，減少煤壁片幫和冒頂危害程度，巷道變形量大大減小，回采時不用再次進行起底擴幫，巷道斷面滿足了綜采工作面安全生產的需要。

5.結束語

我們利用超前注漿、巷道緩慢變形速度、工作面推進速度時間與空間差，開展超前注漿研究，這樣不僅吃漿少而且效果明顯。注漿范圍應選擇還未發生變化的巷道，成莊礦在超前工作面90m以外區域超前注漿研究成果得以在（3311面、5308面等）多個工作面全面推廣，并延伸出深孔注漿、過空巷充填、承壓區構造注漿加固等多種復合工藝，為礦井安全高效生產奠定了堅實基礎。