分析軟巖巷道掘進運用超前預注漿加固技術(shù)的效果

侯順順

[摘 要]本文分析煤礦井下掘進巷道超前預注漿固化的基本原理、注漿施工方案和技術(shù)工藝，以及實施效果評價等。

[關(guān)鍵詞]煤礦井下；軟巖巷道；超前預注漿；圍巖控制；頂板加固

中圖分類號：TD353 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）17-0005-01

1 引言

煤礦井下巷道掘進，在遇到比較松軟的頂板時，往往都采用全錨網(wǎng)支護方式，遇破碎帶時則采用金屬棚式支護。有時巷道掘進接近陷落柱時，其煤層更加疏松，圍巖非常軟弱破碎。這時工作面就會漏頂和冒頂，事故頻繁發(fā)生。頂板極難控制，造成了嚴重的安全隱患，影響正常的掘進進度。與此同時，有時還會造成煤質(zhì)灰分的增加，影響煤炭質(zhì)量。為保證頂板的完整性，這也是巷道正常掘進的關(guān)鍵所在，此時就很有必要采取超前預注漿加固技術(shù)，即所謂的超前支護技術(shù)。

2 超前預注漿固化的基本原理

在井下使用的超前預注漿固化技術(shù)，實質(zhì)上它就是一種改善圍巖結(jié)構(gòu)，提高圍巖整體性和自承能力、降低支護成本、提高支護效果的有效技術(shù)方法。充分利用漿液，把圍巖的各種弱面進行充實、重新膠結(jié)起來，從而改善圍巖的物理力學性能，達到提高圍巖的整體穩(wěn)定性作用。具體來講：一是提高圍巖裂隙面的變形剛度和抗剪強度。因注漿后有效提高了裂隙面的剛度和抗剪強度，從而提高了巖體的強度，并增強了圍巖的自身承載能力。二是漿液固結(jié)體的網(wǎng)絡(luò)骨架作用。由于漿液經(jīng)擠壓或滲透到煤體縱橫交錯的裂隙中固結(jié)后，會在圍巖中形成網(wǎng)絡(luò)骨架結(jié)構(gòu)。而漿液固結(jié)體呈厚薄不一的片狀或條狀，在煤體中相互連通形成網(wǎng)絡(luò)骨架。雖然形成網(wǎng)絡(luò)骨架的高水速凝材料抗壓強度比煤體小，但是高水速凝材料固結(jié)體具有良好的韌性和黏結(jié)性能。當外載增加時，其固化材料發(fā)生變形但不破壞，載荷主要由強度較高的煤體承擔，這樣巷道圍巖的破壞條件就由原來的裂隙弱面強度條件向接近煤體強度條件進行轉(zhuǎn)化，從而在巷道掘進前就使煤體的強度和整體性能得到提高，并保證了巷道開挖后不發(fā)生漏頂、冒頂事故出現(xiàn)。

3 注漿施工方案和技術(shù)工藝

1）注漿參數(shù)的選擇。巷道注漿材料可以選用高水速凝材料。技術(shù)參數(shù)的控制如下：①水灰比確定。根據(jù)高水速凝材料漿液的流動力學特性和固結(jié)體的力學參數(shù)，再綜合考慮井下施工條件和材料消耗等因素，高水速凝材料漿液的水灰比選為1.6：1～1.8：1較為合適。②注漿壓力控制。一般起始壓力可以控制在0.8～1.0MPa之間；淺孔注漿壓力控制在2.0～2.5MPa之間；深孔注漿壓力控制在2.5～3.0MPa之間。③注漿孔的布置（參數(shù)選擇見表1，布置示意見圖1）。在工作面前方布置3排3列眼，按不同的設(shè)計角度向頂板上方傾斜，這樣注漿后能形成不同的控制范圍，最長控制范圍約10m，漿液擴散半徑約1.5m。其鉆孔直徑為Φ65mm；底排眼距巷道底板為1700mm，中間眼距底眼600mm，頂眼以巷道頂板為準鉆進，與中間眼排距最大不超過900mm；在第1列1#、6#、7#眼距左幫為800mm，第2列2#、5#、8#眼距左右兩列各1000mm，第3列3#、4#、9#眼距右?guī)?00mm；施工過程中每掘進1Om要布置一組注漿眼。

2）施工機具設(shè)備選用。注漿設(shè)備：JB-300L型攪拌桶，ZBSB-52～8/10.15型煤礦用雙液注漿泵，注漿管采用Φ20mm的鋁塑管制作，管長按孔深的2/3截取即可；打眼設(shè)備：如ZYG-150型全液壓鉆機即可。

3）注漿施工工藝。①鉆孔：按照設(shè)計要求確定注漿孔布置參數(shù)，然后打注漿孔。②制漿：必須嚴格按水灰比供水上料，要先放水后加高水速凝材料，攪拌要均勻，待10-15min后再注漿。③試泵：在打注漿孔的同時，要用清水試注漿泵及注漿管路、攪拌桶，以確保注漿系統(tǒng)能夠可靠運行。④注漿：待封孔20min后再注漿。注漿量原則上以注到不進漿為止，當少部分漿液從裂隙中滲透出來時，不停止注漿，滲透較多時，可暫停3～5min再注，盡可能向煤體中多注入漿液，確保注漿效果。注漿時要不停攪拌，要將吸漿管分別插入兩漿液桶內(nèi)（甲料、乙料）。注漿過程中還不得更換甲料、乙料的吸漿管，還不能將甲料加入乙料攪拌桶或?qū)⒁伊霞尤爰琢蠑嚢柰皟?nèi)。⑤封孔：可用棉紗攪拌少量水泥封孔，并進行搗實壓緊，其封孔長度為1.4m為宜。⑥清洗：結(jié)束注漿或暫停時間超過15min（如封孔結(jié)束）期間，都要沖洗注漿泵和管路，直到管路末端流出清水不渾濁為止，以保障下次能順利使用。

4 實施效果評價

高水速凝材料在掘進巷道超前預注漿加固中應用，特別是在陷落柱周邊軟弱煤層中應用，能使松散破碎頂煤得到充填黏結(jié)，掘進到此位置時能有效控制煤層頂板漏頂、冒頂事故，且巷道圍巖整體穩(wěn)定性還好，基本能形成所需的設(shè)計斷面。運用該技術(shù)消除了頂部架設(shè)高木垛和冒落區(qū)局部瓦斯積聚的安全隱患，使巷不出現(xiàn)離層、漏頂和冒頂事故，注漿效果非常好，有效保障了掘進巷道的施工安全，同時又經(jīng)濟可行。

5 結(jié)束語

1）使用超前預注漿加固技術(shù)，可使陷落柱周邊巷道圍巖疏松破碎、頂板漏頂、冒頂?shù)仁鹿实玫接行Э刂?，巷道圍巖整體穩(wěn)定性也好，這為工作面快速掘進創(chuàng)造了有利的條件和良好安全環(huán)境。

2）注漿加固技術(shù)是一種積極主動的圍巖控制方式，它可有效增加圍巖的強度，提高煤體自身承載能力，并減小巷道變形量。該技術(shù)特別適用于破碎圍巖巷道應用，但不能完全代替巷道超前支護，所以巷道正常掘進的超前支護還必須采用其他措施輔助進行。

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