防膨脹超細(xì)注漿材料在煤礦井下泵房維護(hù)中的應(yīng)用實(shí)踐

祖賀軍

摘要：超細(xì)防膨脹注漿材料具有超細(xì)、防膨脹、高強(qiáng)、早強(qiáng)、防滲透、可注性好、穩(wěn)定性好等特性，優(yōu)于普通水泥及化學(xué)注漿材料；注漿加固效果的數(shù)值模擬及現(xiàn)場工程應(yīng)用效果研究表明，超細(xì)防膨脹注漿材料可以有效改善破碎圍巖的性質(zhì)，恢復(fù)圍巖的強(qiáng)度，維護(hù)巷道的穩(wěn)定性，有利于井下安全生產(chǎn)的正常運(yùn)行。

Abstract： Ultrafine anti-swelling grouting material with ultra-fine， anti-swelling， high strength， early strength， anti-permeability， good note， good stability， is better than ordinary cement and chemical grouting materials； Study on numerical simulation and field application effect of grouting reinforcement effect shows that ultrafine anti-swelling grouting material can effectively improve the properties of broken rock， restore the strength of rock， maintain the stability of the roadway， and it is conducive to the safety operation of underground production.

關(guān)鍵詞：超細(xì)防膨脹；注漿材料；維護(hù)巷道

Key words： ultrafine anti-swelling；grouting material；maintenance roadway

中圖分類號(hào)：TD265.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）04-0090-02

0 引言

現(xiàn)有注漿材料大致可分為化學(xué)注漿材料、水泥注漿材料、綠色注漿材料三大類?；瘜W(xué)注漿材料的優(yōu)點(diǎn)在于漿液粘度低，可注性好。但成本高、配方復(fù)雜，且毒性較大，污染環(huán)境，耐久性也較差，僅應(yīng)用于用量較小的特殊局部加固。綠色注漿材料有利于大量工業(yè)廢渣變廢為寶，減少環(huán)境污染，但加工制作技術(shù)尚不成熟，施工工藝較為復(fù)雜，難以大面積推廣。水泥注漿材料的優(yōu)點(diǎn)在于無毒、無環(huán)境污染、強(qiáng)度高、成本低、配制方便、操作簡單，在目前注漿工程中應(yīng)用較多。但是，普通水泥顆粒粒徑較大（一般為10μm～80μm），流動(dòng)性低、可注性差、強(qiáng)度低以及漿體成分造成圍巖中的黏土礦物吸水膨脹、軟化，限制了其在加固、補(bǔ)強(qiáng)、止水注漿工程中的應(yīng)用。

南屯礦區(qū)開采歷史較長，目前已進(jìn)入深部煤炭資源開采階段。由于深部巷道工程所處的高的地應(yīng)力環(huán)境，尤其復(fù)雜環(huán)境產(chǎn)生高構(gòu)造應(yīng)力，以及多水平開采造成的開采動(dòng)壓影響，使得深部巷道圍巖節(jié)理裂隙極為發(fā)育、巖體結(jié)構(gòu)極為破碎，從而造成支護(hù)難度增大，大量巷道需要翻修，嚴(yán)重威脅礦井安全生產(chǎn)。因此，針對(duì)傳統(tǒng)圍巖注漿材料可注性差、強(qiáng)度低以及漿體成分造成圍巖中的黏土礦物吸水膨脹、軟化，難以實(shí)現(xiàn)加固圍巖、恢復(fù)圍巖強(qiáng)度的問題，結(jié)合南屯煤礦深部巷道支護(hù)實(shí)際條件，展開深部巷道圍巖防膨脹超細(xì)注漿材料的研制與應(yīng)用研究，對(duì)于實(shí)現(xiàn)礦井安全高效開采具有重大的理論與現(xiàn)實(shí)意義。

1 概述

南屯煤礦-670泵房位于九采區(qū)，泵房圍巖以泥巖為主，其巖層可分為三層：①灰黑色泥巖，致密性脆，塊狀結(jié)構(gòu)，厚層狀構(gòu)造，垂直節(jié)理發(fā)育，含磷鐵質(zhì)結(jié)核，巖石較破碎。②淺灰色鋁質(zhì)泥巖，鮞狀結(jié)構(gòu)質(zhì)較純，手觸有滑感，遇水膨脹，含植物根部土石較多。③灰黑色泥巖，致密性脆，塊狀結(jié)構(gòu)，厚層狀構(gòu)造，含磷鐵質(zhì)結(jié)核垂直節(jié)理較發(fā)育，局部有滑面，巖石較破碎。

泵房始建于上世紀(jì)九十年代末，原有支護(hù)形式為錨網(wǎng)噴+鋼架。至今已使用了十幾年。由于使用時(shí)間較長，且受周邊工作面采動(dòng)影響，水泵房應(yīng)力水平較高，圍巖變形較大，水泵放置段頂板下沉，片幫嚴(yán)重，部分鋼架已破壞，圍巖及支護(hù)破壞較嚴(yán)重。

2 防膨脹超細(xì)注漿材料加固支護(hù)效果分析

結(jié)合泵房支護(hù)設(shè)計(jì)實(shí)際情況，采用鉆孔窺視測試進(jìn)行注漿效果監(jiān)測分析。通過鉆孔窺視，觀察泵房注漿后圍巖裂隙情況，并與相應(yīng)孔注漿前實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，更好的了解防膨脹超細(xì)水泥注漿及普通注漿材料對(duì)破碎圍巖的改善情況。

借助YB-II型鉆孔窺視儀對(duì)測站1至測站5五個(gè)測站進(jìn)行了圍巖結(jié)構(gòu)鉆孔窺視錄像，并對(duì)現(xiàn)場的鉆孔窺視錄像資料進(jìn)行了整理，得到了注漿前各個(gè)測站相應(yīng)的窺視圖像，由于篇幅限制，僅選取1號(hào)孔（見圖1）。

由圖1可知，1號(hào)孔所處位置巷道2.0m以內(nèi)圍巖十分破碎，2.0m以外仍存在大節(jié)理。

通過五個(gè)測站圍巖鉆孔窺視情況可以確定，泵房巷道圍巖很破碎，大部分部位節(jié)理發(fā)育，孔口巖石十分破碎，使巖體的承載能力大幅降低，這是導(dǎo)致泵房變形、失穩(wěn)的直接原因。

采用防膨脹超細(xì)注漿材料對(duì)泵房圍巖進(jìn)行加固注漿后，利用鉆孔窺視儀觀察巷道的圍巖的裂隙填充情況，由于篇幅限制，僅選取1號(hào)孔的填充效果（見圖2）。

對(duì)比超細(xì)注漿材料注漿加固后圍巖鉆孔窺視情況與注漿前圍巖可知，超細(xì)注漿材料的注漿加固整體較好，效果非常明顯，有效地填充了圍巖的裂隙，改善了巷道圍巖的特性。

為對(duì)比防膨脹超細(xì)注漿材料與普通水泥注漿材料的注漿效果，現(xiàn)場進(jìn)行了一段普通水泥的注漿加固試驗(yàn)。測站6所處位置為普通水泥注漿加固試驗(yàn)段，對(duì)其加固后的圍巖狀況也進(jìn)行了鉆孔窺視試驗(yàn)測試（圖3）。

由圖3可以看出，雖然普通水泥注漿后對(duì)圍巖裂隙的有一定的改善效果，但圍巖節(jié)理充填不充分，充填加固效果明顯不如超細(xì)防膨脹注漿材料注漿后效果。

3 結(jié)論

綜上所述，南屯煤礦-670泵房采取防膨脹超細(xì)注漿材料加固后，由于注漿加固了泵房周邊圍巖，提高了泵房周邊圍巖的強(qiáng)度及整體性，從而使泵房受上覆工作面采動(dòng)影響時(shí)其變形較小，滿足了泵房的正常使用，現(xiàn)場工程應(yīng)用取得了良好效果。由此可見，超細(xì)防膨脹注漿材料可以有效改善破碎圍巖的性質(zhì)，恢復(fù)圍巖的強(qiáng)度，維護(hù)巷道的穩(wěn)定性，有利于井下安全生產(chǎn)的正常運(yùn)行。

南屯煤礦泵房采用防膨脹超細(xì)注漿材料進(jìn)行返修支護(hù)，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益，現(xiàn)場工程應(yīng)用及數(shù)值分析研究表明，在原有支護(hù)形式下，泵房受采動(dòng)壓力影響，變形顯著，普通硅酸鹽水泥注漿難以滿足巷道穩(wěn)定的要求，返修頻繁；某些化學(xué)注漿材料性能可以滿足要求，但價(jià)格昂貴。僅從支護(hù)材料成本計(jì)算，使用超細(xì)防膨脹注漿材料每米成本與使用普通硅酸鹽水泥大致持平，比使用化學(xué)注漿材料節(jié)約大量資金，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。

參考文獻(xiàn)：

[1]馮志強(qiáng).硅酸鹽改性聚氨酯注漿材料在煤礦井下巷道加固中的應(yīng)用[J].長江科學(xué)院院報(bào)，2013（10）.

[2]解玉璋.快速膨脹泡沫材料在煤礦充填冒落區(qū)中的應(yīng)用[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2011（9）.

[3]徐星華，楊嘉怡，楊韶昆.超細(xì)水泥材料注漿加固深部極軟厚煤層回采巷道試驗(yàn)研究[J].河南理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2016（3）.