化學(xué)漿控制局部風(fēng)化破碎圍巖巷道頂板技術(shù)

王吉淵

（霍州煤電集團(tuán)，山西 霍州 031400）

霍州煤電集團(tuán)公司晉北煤業(yè)山浪煤礦位于寧武煤田東南邊緣處，煤層埋藏淺，局部蓋山厚度40～60 m，主采5#煤層直接頂為0.8～2.0 m深灰色泥巖，老頂為2.0～5.0 m灰?guī)r，裂隙發(fā)育。

注漿材料的選擇：由于水泥、水玻璃之類的材料結(jié)石體抗剪、抗拉強(qiáng)度低，黏結(jié)力差，具有腐蝕性，不穩(wěn)定，并且操作工藝復(fù)雜、工藝要求高，不方便井下工人操作；選用化學(xué)漿馬麗散。馬麗散固結(jié)體抗壓、抗剪、抗拉強(qiáng)度高，操作工藝簡單，對(duì)周邊的作業(yè)環(huán)境要求低，適合井下作業(yè)環(huán)境（選擇注漿材料：馬麗散）。

1 注漿支護(hù)工藝分析

礦井在掘進(jìn)施工過程中遇局部風(fēng)化巖層，主要以風(fēng)化泥巖為主，且構(gòu)造裂隙較多，圍巖自身強(qiáng)度低，巷道開掘后頂板極易塌落，支護(hù)很難及時(shí)起效。若在巷道開掘前，超前加注馬麗散漿，利用馬麗散漿的黏合力提前將圍巖加固，使破碎圍巖黏結(jié)（黏結(jié)強(qiáng)度可達(dá)6 MPa以上），形成局部整體或與穩(wěn)定圍巖相連接，提高圍巖掘進(jìn)時(shí)的強(qiáng)度，有效阻止直接頂?shù)碾x層垮落，并鋪設(shè)金屬網(wǎng)提高支護(hù)整體性。

2 注漿位置

2011年7—8月，礦井副斜井將施工至與回風(fēng)大巷及軌道大巷立交位置，副斜井與回風(fēng)大巷及軌道大巷均為“十字”立交，與回風(fēng)大巷及軌道大巷立交層間距分別為7.3 m和2 m，立交位置巖層均有不同程度的風(fēng)化，頂板圍巖破碎，維護(hù)困難，為保證巷道順利通過立交位置，確定在立交位置進(jìn)行預(yù)注漿。

回風(fēng)大巷及軌道大巷均采用29U型鋼可縮性支架，巷道規(guī)格分別為：回風(fēng)大巷：毛寬 4.622 m，毛高3.414 m，凈寬4.2 m，凈高 3.2 m，支護(hù)間距 0.8 m，見圖1；軌道大巷：毛寬 5.408 m，毛高4.704 m，凈寬5 m，凈高 4.5 m，支護(hù)間距1 m，見圖2。

3 注漿加固施工方案

為了減小巷道頂板的下沉量，達(dá)到井下巷道規(guī)定要求，根據(jù)巷道斷面大小及現(xiàn)場情況制定以下鉆孔布置注漿方案。

3.1 注漿孔布置方式

（1）注漿孔位置。巷道頂板中間及U型鋼棚兩肩窩各布置1個(gè)，每排共計(jì)3個(gè)注漿孔，兩邊孔與垂直方向成70°，孔排距為2.5 m（化學(xué)漿擴(kuò)散半徑可達(dá)2.5 m）。

圖1 軌道大巷注漿斷面圖

圖2 回風(fēng)大巷注漿斷面圖

（2）注漿孔參數(shù)?？讖?2 mm，孔深4～6 m，兩邊孔與豎直方向成70°，封孔深度1.5～2.0 m。從開始注漿到漿液完全擴(kuò)散或滲透到被注載體中所需要的時(shí)間一般為10～20 min。

（3）注漿材料。材料注漿分為馬麗散樹脂和催化劑兩種原料分別用塑料桶裝，注漿配比為1∶1。

（4）注漿順序。注漿順序根據(jù)地質(zhì)條件、現(xiàn)場環(huán)境及注漿目的來確定。對(duì)于裂隙溝通比較好的煤巖體，可采用間隔跳孔注漿方式來減少串漿，以提高注漿效果；對(duì)于大面積范圍應(yīng)采用先外圍，后內(nèi)部的注漿順序；對(duì)于破碎煤柱整體加固可采用深淺孔配合注漿方式；對(duì)于裂隙比較發(fā)育、跑冒漿液比較嚴(yán)重的注漿載體，可采用先淺部注漿，漿液擴(kuò)散后在淺部快速形成類似“止?jié){墻”的具有止?jié){效果的整體，再深部注漿，保證深部漿液擴(kuò)散范圍和注漿壓力。

通過對(duì)頂板的注漿加固，可以達(dá)到減小巷道頂板的下沉及變形量。

3.2 施工工藝流程

在副斜井施工至立交位置前，在下方的回風(fēng)大巷及軌道大巷提前進(jìn)行注漿加固頂板并進(jìn)行噴漿，并在巷道底板安設(shè)底梁、澆灌混凝土進(jìn)行硬化加固與棚子形成堅(jiān)固的人工圍巖圈，副斜井在施工過程中對(duì)底板進(jìn)行混凝土硬化與下部巷道加固后的頂板形成人工的堅(jiān)固頂板，施工完成后形成堅(jiān)固的人工圍巖。

3.3 施工方法

“立交下方超前注漿、噴漿，底板硬化、上部巷道施工后底板硬化”，在施工過程中，通過馬麗散的黏合力將破碎的直接頂變?yōu)橐粋€(gè)整體，與棚子起到很高的支護(hù)強(qiáng)度，通過馬麗散的作用及副斜井硬化后的底板形成堅(jiān)固的人工頂。

4 化學(xué)漿（馬麗散）應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)

（1）黏度較低且注入前為液體，可以很好地滲入到細(xì)小的裂隙，黏結(jié)強(qiáng)度可達(dá)6 MPa以上。

（2）高度膨脹可以在滲入巖層裂隙后充分填充裂隙。

（3）極好的黏合力可將破碎的圍巖很好地進(jìn)行黏合，對(duì)于架棚巷道可以保證圍巖的整體性，使棚子達(dá)到更好的支護(hù)強(qiáng)度,馬麗散抗壓強(qiáng)度可達(dá)80 MPa以上。

（4）極好的黏合力可以防止施工后，松散圍巖的垮落，減小了后期修復(fù)的消耗，與噴漿配合施工效果會(huì)更好。

（5）良好的柔韌性能承受隨后圍巖發(fā)生的動(dòng)壓，馬麗散抗拉強(qiáng)度可達(dá)28 MPa以上，抗剪強(qiáng)度可達(dá)30 MPa以上。

（6）具有較好的隔水性，在風(fēng)化帶使用可以防止淋水對(duì)風(fēng)化帶的不斷侵蝕，造成進(jìn)一步氧化。

5 注漿后效果

通過對(duì)副斜井與回風(fēng)大巷及軌道大巷立交位置的預(yù)注漿加固，在副斜井掘進(jìn)通過回風(fēng)大巷與軌道大巷上方后，回風(fēng)大巷及軌道大巷頂板均未出現(xiàn)支架變形及明顯的頂板落渣現(xiàn)象，達(dá)到了預(yù)期的加固支護(hù)效果，保證了巷道在風(fēng)化帶內(nèi)通過小層間距立交施工的安全。

實(shí)踐驗(yàn)證，化學(xué)注漿法適合本區(qū)域頂板局部加固的可行性。