簡析軟巖巷道底板注漿方法

董繼華 郝朋偉

摘 要：軟巖巷道底板注漿是巷道底臌治理的有效方法之一，底板注漿方法也在悄然推廣，但應用的效果不盡人意，原因在于底板注漿深度不夠，而且底板水的影響未得到應有的重視。文章對軟巖巷道底板松動圈特征進行了分析，并指出了軟巖巷道底板注漿的重要作用，在此基礎上給出了一種切實可行的底板注漿方法。分析結果表明：在圍巖應力及水的共同作用下，軟巖巷道底板松動圈遠遠超過幫頂，可達4米以上；軟巖巷道底板注漿的重要作用在于排出底板松動圈圈內的游離水，提高巷道底板強度；底板注漿包含三個重要步驟：底板水利通道封堵，底板游離水抽出，底板深孔注漿。文章揭示了現有底板注漿方法的誤區(qū)，所提出的底板注漿方法可以很好地解決軟巖巷道底臌問題，有很好的應用前景。

關鍵詞：軟巖巷道；底板注漿；松動圈；底板游離水

引言

隨著礦山開采深度的不斷增加，底臌幾乎成了所有深部巷道的通病[1，2]，而且深部巷道的破壞往往從底臌開始[3]。對此學者們進行了大量的分析和討論，嘗試了很多底臌治理的新方法，得到了很多有益的結論，但深部普遍底臌的現象并未從根本上抑制。

底板注漿是被廣泛應用的底臌控制的方法之一[4]，但應用效果卻不盡人意，因為現行的底板注漿方法與幫頂注漿方法幾乎雷同，注漿孔間排距大都根據經驗確定，注漿孔深度根據幫頂松動圈深度確定。

事實上，拱形巷道底板的松動圈深度遠大于幫頂松動圈，而且底板還長期受到水的浸泡作用。煤礦開采所接觸的巖層大多為泥巖及砂巖或砂泥巖互層。除了少量特別堅硬的砂巖外，大部分巖層在水的長期浸泡作用下強度會大大降低。

因此，底板注漿孔的深度應該遠遠大于幫頂注漿孔，而且底板注漿前應該將隱藏在底板松動圈中的水排出，保證水泥漿液順利地進入底板裂隙之中。

1 拱形巷道不同部位松動圈特征分析

1.1 拱形巷道的外接圓理論

根據實際使用需要，礦山巷道多設計成拱形。拱形的邊界包含一段弧線和三段直線，無法用一個方程來表征，進行解析計算過程中的邊界條件問題也就沒辦法解決。因此，拱形巷道開挖后周邊圍巖的應力及應變問題還沒有找到解析解[5]。

通過巷道的頂點、巷幫與底板的兩個交點可以做拱形巷道的一個外接圓。用拱形巷道的外接圓代替拱形巷道本身進行解析分析勢必會產生一定的誤差，對于巖石類材料來說，此三段梁存在與否都不會對圍巖的應力分布形成太大的影響。圓形巷道周邊圍巖應力及應變分析可以通過經典的彈塑性理論得到非常準確的解析解。

1.2 拱形巷道松動圈特征分析

在圓形巷道開挖后，在豎向及水平應力的作用下，周邊圍巖會產生一個橢圓形的松動圈，松動圈的形態(tài)取決于豎向應力和水平應力之間的關系：豎向應力較大時，橢圓的長軸是水平方向的；水平應力較大時，橢圓的長軸是豎直方向的。

A、B、C三段相互鉸接的梁不會對松動圈以外巖體內應力的分布狀態(tài)造成太大的影響，卻對拱形巷道松動圈的分布狀態(tài)產生巨大影響，其結果是巷道頂部、幫部、底板松動圈的深度大不相同。進行松動圈測試及分析時，應該以圓形巷道的尺寸為基本依據，而后充分考慮A、B、C三段相互鉸接的梁的影響。一般情況下巷道底板的松動圈深度最大，兩幫其次，頂部最小。

2 底板注漿的主要作用

如前文所述，高應力軟巖巷道的破壞大多是從底臌開始的，主要原因可概括為三個：

（1）底板松動圈深度最大。

（2）底板的直接支護強度最低。

（3）水對底板的弱化作用最明顯。

底板注漿，尤其是巷道全斷面注漿，可以產生三方面的良好作用：

（1）很好地將整個松動圈范圍內原本松散的巖塊重新粘接，大幅提高其承載能力。

（2）保證巷道底板錨索、錨桿的錨固效果，也即是說，保證底板直接支護結構發(fā)揮應用的作用。

（3）將底板內游離的水排出，使底板松動圈不再因水的浸泡而進一步擴大。

3 底板注漿難點分析

底板注漿與幫頂注漿所用的材料、機械設備基本相同，但是底板松動圈深度最大，而且有大量游離水存在，要想保證注漿效果，就必須首先排出游離水，并且施工深度足夠的注漿孔。

底板注漿在兩淮礦區(qū)多有實施，但是總體效果不如人意。原因在于底板成孔機械缺乏，而且已有的底板注漿方案大都將幫頂注漿工藝照搬，根本沒有考慮到底板水的影響。

巷道底板游離水的來源有三個：巷道掘進過程中的施工用水、幫頂淋水、水溝滲水。三個來源的游離水都會在底板松動圈內長期積存，雖然水量都不大，但幫頂淋水、水溝滲水都是“有源之水”，會源源不斷地向底板滲入。

巷道若底臌嚴重就表明其底板松動圈深度極大，一般超過3.5米，甚至更深。松動圈內鉆孔與流沙層內鉆井所面臨的難題類似：鉆孔塌陷，也就是說，鉆孔成形后，鉆頭剛一拔出，淺部1.5米范圍內的鉆孔立刻全部嘬合，使得錨桿、錨索、注漿管等支護材料無法安裝。

現有的效率比較高的底板成孔機械只有ZQJJ-200/1.8型底板錨索鉆機。該鉆機能以3-5min/m的速度向底板鉆孔，最大鉆孔深度超過20米，但是面對松動圈范圍內松散煤巖體帶來的嚴重的塌孔問題，該鉆機也無能為力。

底板注漿之前，應該首先將底板游離水排出，并按照下述方法施工。

4 底板注漿方法簡述

4.1 鋪設地坪

按照常規(guī)的地坪鋪設工藝鋪設巷道地坪。

4.2 底板排水

對于長度超過300米的巷道，底板排水前必須將整條巷道分割為水利通道不連通的幾個區(qū)段。每個區(qū)段的長度控制在80-100米之間。方法如下：

（1）在預分割巷道區(qū)段的兩端，用普通風錘或風煤鉆按照1米左右的間距施工4-5個500-1000mm的淺孔，并進行淺孔低壓注漿，將底板淺部1-1.5米左右范圍內松散巖體初步粘接。之所以將注漿孔間距設定在1米左右，是因為底板注漿時漿液的擴散半徑較小，一般不超過1.5米。-470水平三條大巷底板寬度均超過4.5米，宜布置5個底板注漿淺孔。

（2）淺部注漿24小時后，繼續(xù)用風錘或風煤鉆施工1.5-2.0米的中等深度注漿孔5個，注漿后將松動圈范圍內大部分松散體粘接成一體。

（3）中孔注漿24小時后，用ZQJJ-200/1.8型底板錨索鉆機施工7米的深部注漿孔三個（底角部位的注漿孔不必施工），并進行高壓注漿（注漿壓力不小于2Mpa），使得被分割巷道的水利通道徹底封閉。

（4）用ZQJJ-200/1.8型底板錨索鉆機，在被分割巷道區(qū)段內，以20-25米的排距，按照上述由淺入深的方法，在巷道中央施工深度7米的集水孔。

（5）用風動自吸泵將巷道底板內的游離水自集水孔抽出。底板內的存水向集水孔滲入的過程比較緩慢，因而自吸泵抽水的時間不宜小于24小時。

4.3 底板注漿

在底板內游離水排出后，利用原有的集水孔進行深孔注漿。因為原先被游離水占據的空間都已充分暴露，底板的深孔注漿擴散范圍也會大大提高，間隔20米的注漿孔也能滿足需要。此時的注漿壓力會很小，水泥漿液只能把原有的裂隙充填。

在集水孔注漿結束72小時后，按照相同的排距施工7米的深部注漿孔，對底板進行二次注漿。此時的注漿壓力不能小于2Mpa，而且注漿壓力達到2Mpa后，應繼續(xù)保持10分鐘，使?jié){液的擴散范圍進一步擴大，將整個底板松動圈徹底膠結成一體。

5 結束語

現有的底板注漿方法之所以沒有達到預期的效果，原因在于它照搬了幫頂注漿的工藝，事實上，底板注漿的關鍵因素有兩個：施工足夠深的注漿孔，將底板內的游離水排出。走出現有底板注漿方法的誤區(qū)，底板注漿必能成為控制巷道底臌的有效方法之一。

參考文獻

[1]柏建彪，李文峰，王襄禹，等.采動巷道底鼓機理與控制技術[J].采礦與安全工程學報，2011，28（1）：1-5.

[2]鄭武，李國平，周賢.動壓條件下巷道底鼓機理分析及對策[J].煤礦開采，2011，16（6）：60-62.

[3]王洪立，王玉白，胡冠英.巷道底臌的原因及防治措施[J].煤礦安全，2005，36（8）：43-45.

[4]劉元林，秦玉明，楊敬林.深部軟巖巷道底鼓治理實踐[J].建井技術，2009，30（1）：11-13.

[5]吳家龍.彈性力學[M].高等教育出版社，2001.

作者簡介：董繼華（1965-），安徽濉溪人，1986年畢業(yè)于淮南礦業(yè)學院，一直工作于淮北礦業(yè)集團，從事煤礦生產技術與管理工作。