高性能無機(jī)注漿材料在復(fù)用巷道加固中的應(yīng)用

袁紅衛(wèi)

（山西安信建設(shè)工程檢測(cè)有限公司，山西 晉城 048000）

長(zhǎng)期以來我國(guó)很多礦井面臨采掘銜接緊張的被動(dòng)局面，巷道復(fù)用作為一種緩解緊張形勢(shì)的有效方式，逐步得到大面積推廣應(yīng)用。然而在巷道復(fù)用過程中存在巷道變形嚴(yán)重、巷道底鼓及兩幫移近量較大等諸多問題，巷道返修工程量及返修難度大，巷道往往經(jīng)多次返修仍無法保證效果。對(duì)于受到二次強(qiáng)動(dòng)壓影響的巷道，巷道圍巖結(jié)構(gòu)受到破壞，呈現(xiàn)松動(dòng)破碎狀態(tài)，單獨(dú)采用錨網(wǎng)索支護(hù)系統(tǒng)，由于錨固劑無法與破碎圍巖形成有效整體，直接導(dǎo)致錨桿（索）施工錨固力偏低，錨桿（索）的最大支護(hù)能力未能得到有效發(fā)揮，極易導(dǎo)致巷道失穩(wěn)破壞。以成莊礦53082 復(fù)用巷加固工程為例，采用高性能無機(jī)注漿材料加固技術(shù)，充分利用其速凝早強(qiáng)、擴(kuò)散性能良好的特性，以期達(dá)到改善圍巖力學(xué)性質(zhì)、提高巷道圍巖強(qiáng)度、減少復(fù)用巷道變形量的目的，為強(qiáng)動(dòng)壓影響下大斷面巷道二次復(fù)用提供了途徑［1-7］。

1 高性能無機(jī)注漿材料性能

普通硅酸鹽水泥具有價(jià)格低廉、結(jié)石率高、固結(jié)體強(qiáng)度高、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施方便快捷等諸多優(yōu)點(diǎn)，但由于普通硅酸鹽水泥粒徑較大，僅能注入寬度≥0.2mm 的裂隙中，漿液滲透性較差。近年來，我國(guó)各科研院所相繼研制出高性能無機(jī)注漿材料，平均粒徑在4～10μm 之間，在各類添加劑的配合下，可滲入滲透系數(shù)為10～4cm/s 的粉細(xì)砂巖中，可注性能與化學(xué)材料相當(dāng)。高性能無機(jī)注漿兼具普通水泥與化學(xué)材料的優(yōu)點(diǎn)，是一種具有廣泛應(yīng)用前景的注漿材料。在實(shí)驗(yàn)室條件下，對(duì)其漿液流動(dòng)度、凝結(jié)時(shí)間、強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如下：

（1）流動(dòng)度測(cè)試

實(shí)驗(yàn)室采用凈漿流動(dòng)度試模對(duì)高性能無機(jī)注漿材料在不同放置時(shí)間下的擴(kuò)展度做了測(cè)試。由漿液擴(kuò)展度測(cè)試曲線圖1 可知，漿液流動(dòng)性能良好，靜置100min 后，漿液擴(kuò)展度仍能達(dá)到180mm 以上。

圖1 凈漿擴(kuò)展度測(cè)試曲線

（2）凝結(jié)時(shí)間測(cè)試

在實(shí)驗(yàn)室條件下，對(duì)高性能無機(jī)注漿材料凝結(jié)時(shí)間進(jìn)行測(cè)定。由漿液凝結(jié)時(shí)間表1 可知，在外加劑的作用下，漿液初凝時(shí)間在2.5h 左右，終凝時(shí)間在8h 左右。

表1 漿液凝結(jié)時(shí)間測(cè)定

（3）強(qiáng)度測(cè)試

為了掌握高性能無機(jī)注漿材料的強(qiáng)度特征，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，采用抗壓試驗(yàn)機(jī)測(cè)試材料1d、3d、7d 單軸抗壓強(qiáng)度。由不同齡期強(qiáng)度曲線2 可知，無機(jī)注漿材料1d 抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到近19MPa，7d強(qiáng)度可以達(dá)到32MPa，具備早強(qiáng)特性，能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)的需要。

圖2 不同齡期強(qiáng)度曲線

2 復(fù)用巷道注漿加固設(shè)計(jì)

5308 大采高工作面位于成莊礦五盤區(qū)，主采煤層為3#煤，煤層平均厚度6m，平均傾角5°。5308 工作面走向長(zhǎng)度2748m，傾向長(zhǎng)度為221m。5308 大采高工作面巷道布置情況如圖3 所示，工作面共布置四條回采巷道，其中53082 巷斷面為矩形，斷面凈尺寸為 4500mm×4500mm。53082 巷在5306 工作面回采動(dòng)壓影響下變形嚴(yán)重，加之即將經(jīng)受5308工作面二次采動(dòng)影響，巷道存在失穩(wěn)的危險(xiǎn)，有必要提前對(duì)53082 巷進(jìn)行加固處理。

圖3 5308 大采高工作面巷道布置圖

53082 巷先后經(jīng)歷5306 工作面回采和5308 工作面超前支撐壓力影響，礦壓顯現(xiàn)強(qiáng)烈，現(xiàn)場(chǎng)主要表現(xiàn)為巷道收斂變形?，F(xiàn)場(chǎng)考察發(fā)現(xiàn)，53082 巷變形嚴(yán)重，進(jìn)而導(dǎo)致53082 回風(fēng)巷斷面減小，影響工作面安全回采。綜合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件，在53082 巷兩幫均布置注漿鉆孔，鉆孔直徑42mm，鉆孔孔深12m，鉆孔間距6m，三花布置。上排孔距離頂板1.5m，下排孔距離底板1.5m，兩排間距1.5m。鉆孔布置示意圖如圖4 所示。

圖4 53082 巷注漿鉆孔布置示意圖

3 復(fù)用巷道加固效果分析

為了掌握復(fù)用巷道加固后的變形情況，在53082巷布置綜合測(cè)站對(duì)巷道表面位移量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，分別在53082 巷980m、960m、940m、920m 處布置四組測(cè)站，定期對(duì)巷道表面位移數(shù)據(jù)進(jìn)行觀測(cè)。巷道圍巖表面位移曲線圖如下圖5 所示。

通過圖5（a）可以看出，53082 巷在工作面前方約80m 時(shí)，巷道出現(xiàn)頂?shù)装逡平冃危凉ぷ髅媲胺郊s20m 時(shí)，頂?shù)装逡平考彼偕仙?，頂?shù)装逡平孔畲笾翟鲋良s506mm。通過圖5（b）可以看出，至工作面前方約80m 時(shí)，巷道兩幫開始出現(xiàn)變形，至工作面前方20m 時(shí)，巷道兩幫移近量急劇增長(zhǎng)，兩幫移近量最大值增至約398mm。由上述數(shù)據(jù)可知，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)取得了良好的加固效果，有效保障了復(fù)用巷道穩(wěn)定性，滿足了工作面安全回采的要求。

圖5 加固后圍巖變形曲線圖

4 安全技術(shù)措施

（1）現(xiàn)場(chǎng)做好無機(jī)材料存儲(chǔ)工作。因井下環(huán)境濕度較大，務(wù)必將材料堆放至干燥通風(fēng)的地段，防止材料受潮固結(jié)；材料使用遵循先到先用的原則，保證材料及時(shí)使用。

（2）鉆孔施工嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)進(jìn)行。鉆孔完成后，由當(dāng)班驗(yàn)收人員對(duì)鉆孔的角度、深度進(jìn)行驗(yàn)收，保證成孔質(zhì)量；孔內(nèi)注漿管路連接牢靠，防止注漿壓力上來后沖開管路；保證封孔質(zhì)量，孔口棉紗纏繞緊實(shí)，長(zhǎng)度不低于0.5m，防止孔口漏漿。

（3）注漿作業(yè)過程中，現(xiàn)場(chǎng)人員防護(hù)設(shè)備護(hù)目鏡、防塵口罩配置齊全；高壓膠管連接牢靠，U型銷插牢鎖死；出漿口設(shè)置卸壓閥，拆卸管路前先進(jìn)行卸壓處理，防止孔內(nèi)高壓漿液噴出傷人；漿液的配制嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)水灰比進(jìn)行，保證材料性能得到充分發(fā)揮；現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)孔口漏漿、煤幫漏漿、串孔現(xiàn)象時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)漏漿情況進(jìn)行封堵，處理完成后繼續(xù)進(jìn)行注漿作業(yè)，保證單孔注漿量。

5 結(jié)論

（1）高性能無機(jī)注漿材料性能優(yōu)良，漿液靜置100min 后擴(kuò)展度仍能達(dá)到180mm，漿液初凝時(shí)間在2.5h 左右，終凝時(shí)間在8h 左右，材料1d 抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到近19MPa，7d 強(qiáng)度可以達(dá)到32MPa，具備速凝早強(qiáng)特性，漿液滲透性能良好，具有廣泛的應(yīng)用前景。

（2）現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)性試驗(yàn)表明：采用高性能無機(jī)注漿材料加固后，巷道變形量得到有效控制，頂?shù)装逡平孔畲笾导s506mm，巷道兩幫移近量最大值約為398mm，保證巷道安全使用。