注漿技術(shù)在深井強動壓軟巖巷道圍巖控制中的應(yīng)用

李東超

摘 要：本文分析了注漿加固技術(shù)基本特點，探討了注漿壓力、注漿孔深、注漿孔間排距、注漿加固部位的確定條件，并且介紹了注漿加固技術(shù)在丁集煤礦深井強動壓軟巖巷道圍巖控制中的實際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：注漿技術(shù) 深井 強動壓 軟巖巷道 圍巖控制

中圖分類號：TD263 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）02（a）-0163-01

1 注漿加固技術(shù)基本特點

淮南礦區(qū)丁集煤礦平均采深已接近800 m，屬于典型的深井。實踐證明，巷道注漿技術(shù)在深井強動壓軟巖巷道圍巖控制中可以取得良好的應(yīng)用效果。由于巷道注漿的有效加固區(qū)是周邊的淺部巖層，在改變圍巖性質(zhì)方面表現(xiàn)成以下特點。

（1）淺部圍巖的應(yīng)力降低是因為巷道塑性變形的產(chǎn)生，它和未遭破壞的巖體應(yīng)力解除不同，淺層圍巖的適應(yīng)力不斷變小是因為巖石和它的承壓力都出現(xiàn)了降低，在這種情況下，圍巖已經(jīng)屬于降低區(qū)，周邊環(huán)境對其的制約性也出現(xiàn)了降低，但是盡管這樣，圍巖的承壓能力還是沒有發(fā)生本大的變化，它的強度主要通過縫隙與縫隙之間的摩擦強度來影響，沒有受到任何破壞的巖石的承壓力會出現(xiàn)降低。

（2）宏觀縫隙的普遍存在使得巖塊與巖塊之間的孤立不斷地加大，連接不再緊密，打破了巖石之間彼此傳力機制的完整性，讓巖塊整體的承壓了處于一種隨時奔潰的情況下，很快形成，巷道礦壓表現(xiàn)為頂板下沉、兩幫擠入、底鼓及全斷面來壓。

注漿加固技術(shù)的實施室在圍巖變形尚未穩(wěn)定時進行，所以注漿加固技術(shù)的主要特征是考慮圍巖變形的動態(tài)影響。因而注漿參數(shù)包括與圍巖破壞及變形對應(yīng)的注漿深度和注漿加固體強度，以及注漿孔間排距、注漿壓力等與巷道圍巖裂隙滲透性能相關(guān)的注漿參數(shù)。

2 注漿壓力的確定

注漿壓力需要根據(jù)巷道圍巖具體情況進行確定，對于新掘巷道，注漿終壓一般為2 MPa，其他巷道條件要滿足的原則：（1）對于巖性軟弱的巖體，控制注漿壓力不超過抗壓強度的1/10。（2）對于滲透性差的巖體，應(yīng)加密注漿孔注漿。（3）對于有明顯裂隙的巖體，注漿壓力不超過2 MPa。（4）對于裂隙發(fā)育嚴重破碎的巖體，注漿壓力不要超過1 MPa。（5）對于裂隙開度較小的巖體，注漿壓力一半采取1～2 MPa。

巷道圍巖注漿壓力差異較大，但在丁集煤礦進行巷道注漿加固時，提供的注漿壓力一般低于同類注漿工程，其原因主要有兩個：（1）明確提出了注漿方式，并選擇合理的注漿時機在圍巖滲透系數(shù)最高時開展注漿。（2）選用了高水速凝材料作注漿液，與普通水泥材料相比，低粘度良好的流動性可以大大降低注漿壓力。

3 注漿加固深度和注漿孔深

注漿深度也是巷道圍巖注漿的一個特殊參數(shù)注漿加固深度的確定歸結(jié)為巷道圍巖的破碎區(qū)范圍的確定，一般可用聲波測試圍巖的破碎區(qū)范圍或用多點位移計觀測分析圍巖的破碎區(qū)范圍，也可以用經(jīng)驗公式估算裂隙發(fā)育區(qū)半徑。30 d裂隙發(fā)育區(qū)半徑的相對比值有如下關(guān)系：頂板（與巷道半寬比）：；兩幫（與巷道半高比）：。式中：σc分別為頂板及兩幫巖石的單軸抗壓強度。

經(jīng)驗表明，一般效果明顯的注漿深度不超過1.0～1.5 m，這個加固深度即可以實現(xiàn)巷道圍巖的穩(wěn)定，為保證該范圍內(nèi)的圍巖得到有效加固，一般注漿深度設(shè)計為2.0～2.5 m，進一步加大注漿孔深作用甚微。煤礦的實際情況表明，注漿孔設(shè)計若超過2.5 m，常規(guī)施工機具也難以完成。

4 注漿孔間排距

采準巷道沿順層布置，在沉積巖分布規(guī)律下，必有主導(dǎo)裂隙的延伸方向和巷道軸線呈現(xiàn)銳角角度，所以，巷道軸向的滲透性能一般情況下是比較高的，可以適當(dāng)增大注漿孔排距。實測表明，巷道表層軸向滲透距離可以達到2.0～3.0 m，設(shè)計注漿孔距應(yīng)使兩個注漿孔的滲透距離有一個交叉，可以取0.65～0.75的系數(shù)，即注漿孔排距一般為1.2～2.2 m。

考慮到施工和操作方便，注漿孔排距通常為金屬支架中棚距或者錨桿排距的2～3倍，注漿孔間距除了考慮裂隙的滲透性能外，還受巷道形狀，圍巖破碎程度等的影響，10 m2左右的巷道全斷面注漿加固時一般需6～8個注漿孔。

可按如下原則根據(jù)實際情況調(diào)整：（1）關(guān)鍵縫隙之間的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)狀況，情況比較好的允許使用較大的間排距，反之則要加密孔間距。（2）注漿孔與關(guān)鍵裂縫中間的位置情況，對關(guān)鍵縫隙表面調(diào)控器程度高，能夠縮小注漿孔口、反之需要加密。（3）適當(dāng)提高注漿壓力的數(shù)值、使得注漿時間加長，可以增加注漿量，減少注漿孔。

5 注漿加固部位

根據(jù)巷道煤巖體賦存狀態(tài)和礦壓顯現(xiàn)，采用加固幫角控制底鼓技術(shù)，進而保護巷道穩(wěn)定性。該理論為我們局部加固提供了理論依據(jù)，也已被實踐所證實。

通過對幫角加固，可以有效提高圍巖體整體強度，有效減弱該處巷道圍巖應(yīng)力的集中避免幫角破壞而引起的巷道變形。另外，幫角加固技術(shù)及工藝的實施比處理底板更加容易，所以，幫角加固技術(shù)是控制巷道穩(wěn)定的關(guān)鍵，是巷道維護的基本規(guī)則。

因而，巷道圍巖注漿部位的設(shè)計可根據(jù)巷道的重要性、維護周期等因素靈活選取，建議一般采準巷道采用加固幫角的局部注漿加固方案。

6 工程實例

丁集煤礦某工作面軌順底抽巷頂板以砂質(zhì)泥巖、泥巖為主，并且部分處于斷層影響區(qū)，為使巷道頂板保持完整，對此巷道實施噴注漿加固。

當(dāng)混凝土噴層穩(wěn)定后，進行注漿，注漿材料可選擇425#硫鋁酸鹽快硬水泥或化學(xué)漿液，普通水泥漿液水灰比小，凝結(jié)時間長、加固效果差。水：快硬硫鋁酸鹽水泥的水灰比為0.9～1。注漿超前工作面250 m進行。

注漿管規(guī)格：Φ20×2600×1.8 mm。注漿管長度2600 mm，采用外徑20 mm，壁厚 1.8 mm；冷拔無縫鋼管制成；沿鋼管底端1600 mm長度范圍內(nèi)成“十”字交錯開孔四組，孔徑8 mm，孔距200 mm；注漿孔深3200 mm，封孔深度為800 mm，孔徑42 mm，注漿壓力2.5～3.0 MPa。注漿孔排距1600 mm。

施工完成后，在巷道布置了測站對圍巖變形情況進行監(jiān)測，從得到的數(shù)據(jù)中分析可知，采用注漿加固技術(shù)后，施工的巷道頂?shù)装逡平恐挥?85 mm，兩幫移近量只有98 mm，較之以往同類別的巷道變形情況，頂?shù)装逡平肯陆盗?3%以上，兩幫移近量下降了80.4%，巷道變形情況得到了非常大的改善，說明注漿參數(shù)的設(shè)計是合理的。

參考文獻

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