趙莊礦13092 復用巷道注漿加固技術研究

劉紅軍

（晉城宏圣金成礦山建筑工程有限責任公司，山西 晉城 048000）

趙莊礦大采高工作面采用“兩進一回”方式布置巷道，留下一條巷道為下一工作面復用。復用巷道受工作面回采后頂板垮落影響，出現嚴重的持續變形現象，嚴重影響采掘銜接且存在安全隱患。

1 概況

13092 巷為1309 工作面回風順槽[1]，全長約2879 m，煤層厚度為4.85 m。直接頂為3.7 m 厚砂質泥巖，基本頂為0.65 m 厚細粒砂巖，直接底為1.1 m 厚細粒砂巖，基本底為3.5 m 厚砂質泥巖[2]。巷道為矩形斷面，沿頂掘進，留有底煤，掘進寬度為5000 mm，高為4500 mm，采用錨索、菱形網、鋼筋托梁、錨桿聯合支護。13092 巷為1309 和1310兩個工作面服務，為了確保留巷效果，滿足1310工作面回采時的使用要求，需對13092 巷開展注漿加固技術研究，提高圍巖整體強度，控制巷道變形量。13092 巷與工作面位置關系如圖1。

圖1 巷道與工作面位置關系

2 復用巷道兩次采動變形規律實測研究

為得到復用巷道受采動影響的變形規律，為復用巷道注漿加固設計提供參考，在相鄰1308 工作面13084 復用巷道切眼前方300 m 位置起，向外布置巷道表面位移綜合測站。觀測分兩個時期，一次采動為第一個工作面（1308 工作面）回采影響期間，觀測范圍為工作面前方100 m至工作面后方1000 m；二次采動為第二個工作面（1309 工作面）回采超前影響期間。根據經驗，進入工作面前方80 m 以內才出現明顯變形，因此觀測范圍確定為工作面前方0～100 m。通過兩個時期的觀測，掌握未注漿情況下復用巷道受兩次采動影響變形情況。

2.1 一次采動變形規律分析

一次采動影響下，兩幫移近量和移近速度與工作面位置關系如圖2。

圖2 一次采動兩幫移近量和移近速度與工作面位置關系

由圖2 可以看出，距離工作面100～-200 m 區域，巷道兩幫變形較小，平均移近量228 mm，平均占比11.6%，平均變形速度5.3 mm/d。距離工作面-200～-700 m 區域，兩幫劇烈變形，平均移近量約1441 mm，平均占比70.9%，平均變形速度20.1 mm/d，最大變形速度25～33 mm/d。距離工作面-700～-1000 m 區域，兩幫變形速度下降直到逐漸穩定，平均移近量約293 mm，平均占比17.5%，平均變形速度6.8 mm/d，但變形并沒有結束。

通過各個區間變形量和變形速度可以得知：距離工作面-200～-700 m 區域兩幫變形量占比最大（70.9%），距離工作面-700～-1000 m區域次之（17.5%），距離工作面100～-200 m 區域最小（11.6%）。距離工作面-200～-1000 m 區域變形占比共88.4%，是重點控制區域。頂板壓力穩定之后，巷道仍有較大的變形量，說明劇烈采動影響過后，圍巖結構遭到嚴重破壞，錨桿索支護失效，巷道重新進入低強度狀態，變形速度不能歸零，巷道圍巖遲遲不能穩定。

2.2 二次采動變形規律分析

二次采動影響下，兩幫移近量和移近速度與工作面位置關系如圖3。

圖3 二次采動兩幫移近量和移近速度與工作面位置關系

由圖3 可以看出，二次回采動壓影響巷道下，測點進入工作面前方100 m 以內時，開始出現明顯變形，距離工作面越近變形速度越大，尤其是進入工作面前方40 m 以內時，變形速度超過30 mm/d。

2.3 煤柱側變形量分析

進一步統計表明，一次采動影響期間，兩幫累計變形量1962 mm，其中煤柱側變化量1358 mm，占比69.2%，回采側604 mm，占比30.8%；二次采動影響期間，兩幫累計變形量670 mm，其中煤柱側變化量453 mm，占比67.6%，回采側217 mm，占比32.4%。充分說明，兩幫變形中，煤柱側變形量極大，為注漿加固的重點控制對象。

3 復用巷道注漿加固設計

1）煤柱側注漿孔布置

由復用巷道變形規律分析可知，兩幫變形中，煤柱側變形量較大，為注漿加固重點區域。設計先采用4 m、8 m 淺孔注漿，再采用12 m 深孔注漿，鉆孔矩形布置。

4 m 孔布置：淺孔每排3 個鉆孔，上部鉆孔、中部鉆孔和下部鉆孔在一條直線上。上部鉆孔距離底板3.5 m，孔深4 m，仰角6°；中部鉆孔距離底板2.5 m，孔深4 m，仰角0°；下排鉆孔距離底板1.5 m，孔深4 m，仰角0°。孔徑均為42 mm，同排鉆孔之間間距均為2 m。

8 m 孔布置：深孔每排3 個鉆孔，上部鉆孔、中部鉆孔和下部鉆孔在一條直線上。上排鉆孔距離底板3 m，孔深8 m，仰角10°；中排鉆孔距離底板2 m，孔深8 m，仰角0°；下排鉆孔距離底板0.5～0.8 m，孔深8 m，仰角0°。孔徑均為42 mm。同排鉆孔之間間距均為2 m。

4 m 孔和8 m 孔布置如圖4。

圖4 煤柱側4 m、8 m 鉆孔布置圖（m）

12 m 孔布置：4 m、8 m 孔注完之后，進行12 m 深孔注漿，鉆孔上、下排，矩形布置。下排孔開孔高度距離底板2 m，仰角0°，上排孔開孔高度距離底板3 m，仰角5°，孔深12 m，孔徑42 mm。如圖5。

圖5 煤柱側12 m 深孔鉆孔布置圖（m）

2）1310 工作面側

只進行4 m、8 m 孔注漿加固，布置方式與煤柱側鉆孔布置方式一致。

3）注漿材料

4 m 孔、8 m 孔使用聯邦加固Ⅰ號（雙液）注漿材料，使用水灰比0.8:1～1:1。12 m 孔采用聯邦加固Ⅰ號（單液）注漿材料[3]。

4）封孔、注漿設備

注漿和封孔均使用2ZBQ50/19 型氣動注漿泵和QB200 型氣動攪拌桶。

5）注漿參數

注漿時機：滯后工作面0～100 m 范圍內。注漿壓力：4 m 淺孔注漿壓力2～4 MPa，8 m 淺孔注漿壓力4～8 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。注漿量：原則上注滿為止，當達到注漿壓力上限或者漏漿難以封堵時，停止注漿。根據經驗淺孔平均單孔注漿量在0.1 t 以上，12 m 中深孔注漿量0.25 t 以上，如果注漿量過少，應重新開孔復注。

4 注漿加固效果分析

通過13092 巷一次采動和二次采動時注漿區域與未注漿區域變形量對比來分析復用巷道注漿加固效果。13092 巷注漿區域與未注漿區域總變形量對比見表1。

表1 注漿區域與未注漿區域變形量對比表

由表1 可以看出，一次回采影響期間（一次采動），注漿區域兩幫累計移近量約561 mm，頂底板移近量約386 mm，穩定后斷面剩余21.4 m2；未注漿區域兩幫累計移近量約1317 mm，頂底板移近量約1197 mm，穩定后斷面剩余13 m2。二次回采影響期間（二次采動），注漿區域兩幫累計移近量約225 mm，頂底板移近量約265 mm，巷道斷面平均18.2 m2；未注漿區域兩幫累計移近量約685 mm，頂底板移近量約1065 mm，巷道斷面平均9.7 m2。數據對比分析可以看出注漿加固效果顯著。進一步分析表明，注漿區域兩個時期頂板累計下沉量134 mm，頂板平整完好，而未注漿區域達到了916 mm，頂板破碎鼓包，下沉嚴重，嚴重影響安全使用。

5 結論

通過對復用巷道兩次采動變形規律實測研究，得到了巷道受一次采動和二次采動影響的變形特征，結合復用巷道變形規律以及現場注漿施工條件，對13092 復用巷道煤柱側和工作面側進行了注漿設計。現場應用表明，無論是一次回采影響期間還是二次回采期間，復用巷道注漿區域變形量均遠小于未注漿區域，有效控制了復用巷道的變形破壞，變形量滿足二次回采期間復用巷道使用要求，為復用巷道注漿加固設計提供了參考。