煤礦掘進(jìn)巷道注漿加固技術(shù)的探討

楊剛

摘要：在煤礦巷道掘進(jìn)施工過程中，注漿加固技術(shù)發(fā)揮著重要的作用，對煤礦安全開采有比較大的影響。本文以實(shí)際工程為例，首先對注漿材料的選擇進(jìn)行了分析，然后對煤礦掘進(jìn)巷道注漿加固技術(shù)進(jìn)行了探討，工程施工后保證了巷道的穩(wěn)定性，取得了良好的加固效果。

關(guān)鍵詞：掘進(jìn)巷道；注漿加固技術(shù)；巷道充填施工

1.工程基本概況

本項(xiàng)目中煤礦屬于整合煤礦，煤層平均厚度可達(dá)4.6m，頂板裂隙屬于厚9.2m的泥巖型，底板裂隙屬于鋁質(zhì)泥巖型，厚度為108m。掘進(jìn)過程中，在巷道掘進(jìn)達(dá)25m處，項(xiàng)目發(fā)生了頂板和采空區(qū)塌落的狀況，待選用木垛和架棚協(xié)同支護(hù)施工后，可繼續(xù)掘進(jìn)達(dá)到37m時(shí)，結(jié)合現(xiàn)場施工情況，掘進(jìn)巷道在24m～37m段出現(xiàn)頂板冒落，高度可達(dá)10m。掘進(jìn)工作面會發(fā)生片幫、冒頂?shù)葼顩r，對安全掘進(jìn)作業(yè)造成了比較大的影響，需要采取注漿加固措施開展加固施工。

2.注漿材料

為保障工程的牢固，需合理選取工程注漿材料，其中包含化學(xué)注漿材料和水泥注漿加固材料。

（1）水泥注漿材料選擇：針對滲流速大于10-4cm/s的巖石裂縫，最佳注漿加固材料是水泥漿液。水泥材料具備一定粒徑，普通硅酸鹽水泥其粒徑常常不少于0.088mm，改性后的525號普通硅酸鹽的粒徑均不低于0.040mm。由此可見水泥漿液均無法滿足0.007mm的縫隙加固。

（2）選擇最佳化學(xué)注漿材料：許多高分子有機(jī)化學(xué)類的注漿材料多被使用于某些顆粒型懸濁液注漿加固材料不能滲入的巖土工程中，以及其他的防堵滲漏和加固補(bǔ)強(qiáng)的項(xiàng)目工程。因溶膠分散相多數(shù)粒徑控制在10-7cm～10-5cm內(nèi)，因此常被應(yīng)用于巖土和礦山等項(xiàng)目。本項(xiàng)目工程中，施工巷道所處采空區(qū)或其周圍，該巖層以泥巖為主，殘留著很多微小的裂縫，結(jié)合各類因素選定最佳加固材料為漏必堵CM-21和固安特CM-11。其中漏必堵CM-21材料常應(yīng)用于井下的密封和填充，屬于一類高分子聚合填充封堵的泡沫材料，常應(yīng)用于井下結(jié)構(gòu)的密封和填充，其隔氣性和柔韌性非常好，可燃性很低，且不續(xù)燃，是瓦斯封閉和火災(zāi)處理的最佳材料，同時(shí)其反應(yīng)速度非常高，膨脹率和抗壓力特性也很高[1]。固安特CM-11材料是樹脂和催化劑以體積比1∶1組合形成，屬于一類高分子雙液型注漿加固材料，廣泛應(yīng)用于井下結(jié)構(gòu)松散或破碎的煤巖體的注漿加固施工，有效解決了片幫、滲水、冒頂?shù)认嚓P(guān)技術(shù)問題，其特點(diǎn)是黏合性很強(qiáng)，反應(yīng)速度隨條件不同會有所變化，具有較強(qiáng)的機(jī)械性能，地層黏合效果非常好且效果持久。對于細(xì)微縫隙的滲透加固有著顯著效果，可有效應(yīng)用于加固破碎煤巖體及細(xì)小縫隙的封堵施工中。

3.巷道注漿加固施工技術(shù)要點(diǎn)

本項(xiàng)目巷道施工地處采空區(qū)或其附近，因施工場地地理環(huán)境的空間裂隙很大，且采空區(qū)周圍以泥巖為圍巖，柔軟性很強(qiáng)，遇到水后產(chǎn)生化學(xué)、物理反應(yīng)，進(jìn)而使得巖體出現(xiàn)膨脹變化，因此巷道施工中很容易出現(xiàn)頂板沉降，底板和兩幫發(fā)生膨脹等情況，造成巷道維護(hù)非常難。在巷道掘進(jìn)過程中會經(jīng)過上層巖體塌陷的采空區(qū)，易造成掘進(jìn)施工工作面的頂板隨掘隨塌情況[2]。隨著掘進(jìn)距離越來越長，巷道承載的壓力越來越大，使得巷道損壞非常嚴(yán)重，因此必須開展巷道掘進(jìn)的注漿加固施工。

3.1前期準(zhǔn)備

為避免和降低泥漿液沿孔邊流出，造成材料浪費(fèi)，可以在煤礦掘進(jìn)巷道內(nèi)圍巖和支護(hù)體的暴露面噴刷一層性能相同的高強(qiáng)度注漿材料，使得噴刷層和原支護(hù)層黏合在一起，形成封閉的煤巖壁結(jié)合層。

3.2漿液拌和及注漿

借助攪拌機(jī)，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的水灰比提供材料，通過不斷灌注清水，均勻混合材料，用吸漿管連接料桶和攪拌機(jī)，之后開泵注漿。通過調(diào)節(jié)調(diào)壓閥來改變攪拌機(jī)中的注漿壓力，實(shí)時(shí)關(guān)注注漿量、注漿速度及漏漿現(xiàn)象等，合理改變注漿方式，確保注漿質(zhì)量。

3.3注漿孔設(shè)置

對于總回風(fēng)巷的斷層處注孔設(shè)置選用三花孔模式，圍繞回風(fēng)巷中心，依次在兩側(cè)布設(shè)間距為1m的3個(gè)鉆孔，孔順著頂板方向，傾角為40°，深度可達(dá)4m～5m；第2排注漿孔位于第1排注漿孔下方，距離為0.5m，采用插花布設(shè)，0.5m間距，4m～5m孔深，傾角為10°，詳情見圖1。

封孔位置處于1.5m處，可結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際施工適當(dāng)修整循環(huán)封孔位置，循環(huán)注漿向前推進(jìn)距離為3米/次，第一次注漿循環(huán)完成后，為避免冒頂情況需對頂板和巷幫分別進(jìn)行注漿加固施工，后面循環(huán)只需進(jìn)行超前加固即可。

3.4注漿加固的施工要點(diǎn)

為提升巷道掘進(jìn)圍巖的承載力、力學(xué)性能及穩(wěn)定巷道巖體結(jié)構(gòu)，需先對圍巖開展注漿加固施工后進(jìn)行支護(hù)施工。注漿加固施工流程如下：

（1）按照注漿加固施工要求，合理設(shè)計(jì)并鉆設(shè)注漿孔，孔徑為42mm，深度、傾角可結(jié)合實(shí)際情況稍微調(diào)整一下；（2）安裝多功能注漿泵，合理固定注射槍；（3）用2根吸料管分別連接馬麗散樹脂、催化劑材料桶和注漿機(jī)，通過氣動(dòng)壓力活塞的作用使得原材料進(jìn)入注射槍，并灌入地層，滲入裂縫中，以最快的反應(yīng)速度完成注漿加固施工，確保注漿壓力達(dá)3MPa～5MPa；（4）為確保巷道圍巖縫隙的緊密填充，原則上停止注漿的標(biāo)準(zhǔn)是注射槍不再吸取漿液；（5）停止注漿，選用樹脂材料進(jìn)行管路和注射槍的沖洗工作；（6）改變孔進(jìn)行注漿施工，重復(fù)②～⑤施工流程步驟，待完成所有孔的注漿施工后，采用清洗劑對多功能泵及其附件進(jìn)行徹底清洗。

工程注漿加固時(shí)，施工工藝簡便，操作便捷，現(xiàn)場要求低，可有效實(shí)現(xiàn)注漿加固目的。首先由于固安特CM-11和漏必堵CM-21材料的反應(yīng)時(shí)間很短，且材料固結(jié)周期也很短，故而整個(gè)注漿加固速度非?？?，且不影響正常采煤生產(chǎn)；其次注漿加固施工便捷，注漿設(shè)施操作簡單，占地面積不大，最大程度減小了對采煤作業(yè)的影響[3]；最后注漿加固所用材料較少，其中漏必堵CM-21材料具有很強(qiáng)的黏結(jié)力和膨脹性，材料用量少、加固質(zhì)量好、對防漏支架要求非常低，是冒空區(qū)充填的最佳選擇材料，因其材料消耗少，抗壓強(qiáng)度高，可充分符合頂板壓力需求；固安特CM-11材料因其絕燃性非常好，可充分滿足煤礦安全生產(chǎn)的需求。endprint

3.5巷道的充填施工

當(dāng)巷道掘進(jìn)于冒頂高度為7m～10m的斷裂帶時(shí)，為避免空頂情況的出現(xiàn)，可借助漏必堵CM-21進(jìn)行結(jié)構(gòu)填充，最終形成人工頂板結(jié)構(gòu)。為避免漏必堵CM-21充填材料出現(xiàn)漏漿問題，可在巷道上方攤鋪一層木板或舊風(fēng)筒布，待結(jié)構(gòu)搭建完成后選用漏必堵CM-21完成結(jié)構(gòu)的填充。

巷道掘進(jìn)施工達(dá)到總回風(fēng)巷道斷裂帶處時(shí)，因掘進(jìn)斷層頂板的不穩(wěn)定性，可能發(fā)生片幫、冒落的狀況，故需要在巷道掘進(jìn)工作面和巷道斷裂帶四周實(shí)施超前加固施工，避免因頂板作用而出現(xiàn)片幫問題。

3.6防漏漿技術(shù)要點(diǎn)

當(dāng)出現(xiàn)兩幫注漿漏漿現(xiàn)象時(shí)，需立刻關(guān)閉注漿泵或通過節(jié)流閥來減小注漿速度，注漿泵停止工作時(shí)間不得大于3min，每隔3min左右重新啟動(dòng)一次注漿泵，使得活塞往返用作兩次后再停泵，循環(huán)進(jìn)行直到注漿強(qiáng)度完全封堵漏漿裂縫后，繼續(xù)正常啟動(dòng)注漿泵進(jìn)行注漿工作；若出現(xiàn)漏漿裂隙較寬時(shí)可選用棉紗輔助以注漿封堵方式進(jìn)行處理。

3.7注漿加固效果

為確保井下巷道掘進(jìn)工作的順利開展，避免出現(xiàn)片幫、冒頂問題，掘進(jìn)路經(jīng)采空區(qū)時(shí)可在約10m的冒落高度處開展充填加固施工，距破碎頂板面3.5m處開始超前加固施工，以期提升抗壓能力，確保頂板條件良好。隨著注漿加固的施工，選用錨桿、錨索網(wǎng)、工字鋼棚、料石墻等多種支護(hù)手段對巷道進(jìn)行支護(hù)施工，在完成施工后需實(shí)時(shí)監(jiān)測圍巖礦壓變化情況，直到巷道圍巖完全穩(wěn)定后，將巷道兩幫移動(dòng)靠近約118mm～141mm，頂、底板移近約123mm～133mm，這樣可以有效把控巷道圍巖的變形情況，進(jìn)而確保巷道穩(wěn)定性。掘進(jìn)巷道前期對于高冒區(qū)可以進(jìn)行注漿并填充形成人工頂板，進(jìn)而最大限度提升矸石的整體黏結(jié)力度，在掘進(jìn)時(shí)通過鉆孔的超前注漿施工可有效增強(qiáng)圍巖強(qiáng)度，改善結(jié)構(gòu)整體的自承載性能。

結(jié)論

綜上所述，在巷道掘進(jìn)工程中，由于采空區(qū)覆巖屬于薄弱區(qū)，很容易出現(xiàn)坍塌，會引發(fā)煤礦安全事故，本文在對工程采空區(qū)的具體情況進(jìn)行調(diào)查后，采用注漿加固技術(shù)對巷道進(jìn)行了加固，取得了良好的加固效果，保證了作業(yè)人員的安全，保證了工程的質(zhì)量，縮短了施工工期，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

參考文獻(xiàn)：

[1]李亞輝.化樂煤礦泥化軟巖巷道支護(hù)及快速掘進(jìn)技術(shù)研究[D].中國礦業(yè)大學(xué)，2015.

[2]張金山，趙志云.平溝煤礦巷道注漿加固技術(shù)[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2012，28（3）：103-104.

[3]蘇清政，楊榆生，潘越，等.整合煤礦采空區(qū)內(nèi)掘進(jìn)巷道注漿加固技術(shù)[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2013，41（7）：51-53.endprint