注漿技術(shù)在沿空留巷圍巖控制中的應(yīng)用

吳勝明

【摘 要】 沿空留巷巷道受兩次采動(dòng)動(dòng)壓影響，圍巖破碎，采用常規(guī)的錨網(wǎng)索支護(hù)方式難以控制圍巖變形。文章以2905采面沿空留巷巷道圍巖控制為工程背景，采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)法分析巷道圍巖變形及破壞特征，提出采用注漿加固方式穩(wěn)定巷道圍巖，并對(duì)注漿工藝進(jìn)行優(yōu)化。采用新型無(wú)機(jī)注漿加固材料結(jié)合優(yōu)化后的注漿工藝，可以根據(jù)圍巖破碎及裂隙擴(kuò)展情況分段選擇合適的注漿漿液水灰比及注漿壓力，同時(shí)不會(huì)增加注漿工程量?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，對(duì)沿空留巷巷道圍巖注漿后，頂板下沉量在4d內(nèi)趨于穩(wěn)定，下沉量控制在26mm內(nèi)，頂板離層量最大為2mm，有效控制了沿空留巷巷道圍巖變形。

【關(guān)鍵詞】 沿空留巷;圍巖注漿;淺層注漿;深孔注漿;注漿材料

【中圖分類號(hào)】 TD353 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A

【文章編號(hào)】 2096-4102（2020）03-0012-03 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

1 工程概況

云泉礦2905回采工作面開采的9#煤層采高1.4m，傾角2～10°，采面平均埋深在480m，設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)度1306m、斜長(zhǎng)198m。沿空留巷巷道為2905采面回風(fēng)巷，由于受到DF58斷層影響，部分留巷段內(nèi)圍巖破碎、巷道成型差、圍巖應(yīng)力顯著增加，造成原有的巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)多處失效，頂板、巷幫錨網(wǎng)梁、鋼帶等出現(xiàn)不同程度的變形，頂板下沉量及巷幫移近量明顯。加之受到頂板淋水影響，造成金屬錨桿、錨索及護(hù)表結(jié)構(gòu)銹蝕，嚴(yán)重時(shí)極可能會(huì)導(dǎo)致頂板大范圍冒落。具體采面與斷層位置關(guān)系見圖1。

2圍巖變形規(guī)律分析

對(duì)巷道注漿前對(duì)圍巖變形破碎規(guī)律進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，從而為后續(xù)有針對(duì)性地開展注漿加固提供依據(jù)。巷道破碎圍巖長(zhǎng)時(shí)間受水侵蝕，圍巖變形會(huì)持續(xù)發(fā)展，會(huì)嚴(yán)重影響巷道后期使用。因此，對(duì)巷道表層位移、深層結(jié)構(gòu)以及頂板離層等情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，具體布置5個(gè)測(cè)點(diǎn)，1號(hào)測(cè)點(diǎn)位于切眼前方210m位置，臨近測(cè)點(diǎn)間相距10m，布置情況見圖1。

2.1巷道表層位移

測(cè)點(diǎn)觀測(cè)到的巷道表層位移變形規(guī)律大致一致，具體1號(hào)測(cè)點(diǎn)位置處巷道表層位移監(jiān)測(cè)結(jié)果見圖2。

從圖2中看出，頂板及巷幫變形量持續(xù)增加，由于巷道受到臨近的DF58斷層構(gòu)造帶影響，在觀測(cè)的0～10d時(shí)間內(nèi)，圍巖變形量增長(zhǎng)速度明顯，頂板、巷幫變形量最大分別為305mm、213mm，約占巷道圍巖總變形量的1/2。10d之后巷道圍巖變形量增加速度有所趨緩，但是巷道圍巖變形量仍未呈現(xiàn)穩(wěn)定趨勢(shì)。

2.2頂板離層

頂板離層儀布置安裝深度分別為2.3m、6.3m，具體監(jiān)測(cè)點(diǎn)2觀測(cè)結(jié)果見圖3。

從圖3中看出，頂板離層量隨著時(shí)間的推移呈現(xiàn)逐漸增加趨勢(shì)。頂板離層裂隙仍不斷地?cái)U(kuò)展，支護(hù)體系中的錨桿、錨索錨固作用將持續(xù)降低，加之頂板有淋水情況，若頂板裂隙與裂隙含水層聯(lián)通會(huì)進(jìn)一步弱化圍巖強(qiáng)度，容易引起頂板冒落。因此，需要采用對(duì)巷道圍巖進(jìn)行注漿加固。

3注漿加固技術(shù)

在對(duì)巷道圍巖進(jìn)行注漿加固時(shí)，圍巖巖性不同漿液在裂隙中的滲透機(jī)理有所差異?，F(xiàn)場(chǎng)注漿實(shí)踐也表明，若采用單一的注漿工藝，圍巖注漿效果達(dá)不到預(yù)期目標(biāo);采用的注漿漿液黏度過(guò)大、注漿壓力大時(shí)，容易造成注漿漿液漏失，同時(shí)深部巖層內(nèi)裂隙小，漿液不能在裂隙內(nèi)擴(kuò)展;若采用的注漿漿液黏度低、注漿壓力大，則容易以出現(xiàn)跑漿問(wèn)題。若選用不同的黏度注漿材料進(jìn)行分次注漿，則注漿過(guò)程過(guò)為繁瑣。文中根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)注漿需要，對(duì)選用的注漿材料以及注漿工藝進(jìn)行改進(jìn)。

3.1注漿材料

根據(jù)圍巖破碎情況，注漿時(shí)選用一種新型注漿材料，該材料分為A、B組分，其中A組分材料主要為硫鋁酸巖水泥，B組分材料主要為石灰及石膏。兩種材料混合加水及添加劑后對(duì)圍巖進(jìn)行注漿加固。采用的新型注漿加固材料具有以下特性：

A、B組分材料混合前單獨(dú)存放，單組分加水后形成的單液漿在6h內(nèi)性能穩(wěn)定，不會(huì)出現(xiàn)離析現(xiàn)象，可以滿足井下長(zhǎng)距離運(yùn)輸及注漿需要。

注漿漿液水灰比在2.5∶1～0.5∶1范圍內(nèi)可調(diào)，依據(jù)不同區(qū)域內(nèi)巷道圍巖注漿加固需要可以及時(shí)對(duì)水灰比進(jìn)行調(diào)整。

A、B兩種組分混合后可以快速凝固，凝固時(shí)間與添加劑使用量有關(guān)，在0.8∶1～0.6∶1低水灰比時(shí)，漿液的黏度大，失去流動(dòng)性時(shí)間為1～1.5min，凝結(jié)固化時(shí)間為5～7min，從而可以對(duì)開放性大裂隙進(jìn)行快速充填膠結(jié);在2.8∶1～0.8∶1高水灰比時(shí)，漿液黏度低，失去流動(dòng)性時(shí)間為1.5～5.0min，凝結(jié)固化時(shí)間為7.0～15.0min，注漿漿液具備較強(qiáng)的流動(dòng)性、滲透性，適用于微小裂隙的充填加固。

注漿材料膠結(jié)固化后強(qiáng)度增加迅速，在120min內(nèi)抗壓強(qiáng)度即可達(dá)到10MPa以上。

3.2注漿工藝

注漿管布置。采用的注漿工藝通過(guò)采用一種注漿材料、一種注漿鉆孔，通過(guò)調(diào)整注漿工藝實(shí)現(xiàn)深部圍巖微小裂隙以及淺部圍巖松動(dòng)裂隙的一次性加固，從而避免常規(guī)的淺部、深部圍巖分材料、分次注漿存在的注漿耗時(shí)長(zhǎng)、效率低下等問(wèn)題。因此采用的注漿管路及注漿工藝應(yīng)能滿足一次性對(duì)深部、淺部圍巖注漿加固。

采用的注漿管應(yīng)能深入到巷道圍巖塑性區(qū)發(fā)育范圍，從而實(shí)現(xiàn)注漿加固目的，注漿管路分淺部注漿段、深部注漿段兩個(gè)部分，淺部注漿段注漿加固位于巷道表層圍巖破碎區(qū)域并適當(dāng)超過(guò)破碎區(qū)域，從而便于注漿后在破碎區(qū)域內(nèi)形成注漿層;淺部注漿段以里范圍采用深部注漿方式。在注漿管路上有淺部注漿口、深部注漿口兩種注漿口，分別與淺部注漿管、深部注漿管連接，深孔注漿管表層部分位于淺部注漿管內(nèi)，不同的注漿管路中間有隔斷，具體注漿管路結(jié)構(gòu)見圖4。

為了便于注漿漿液擴(kuò)散，在注漿管體均加工布置有射漿孔。淺部注漿結(jié)束后，采用棉紗及時(shí)封孔，待淺層孔在圍巖內(nèi)形成淺部止?jié){層后進(jìn)行深孔注漿。具體的注漿管路布置見圖5。

注漿系統(tǒng)。鉆孔注漿過(guò)程中，破碎圍巖內(nèi)裂隙發(fā)展情況復(fù)雜，注漿量以及注漿壓力過(guò)程中變化明顯，注漿時(shí)對(duì)注漿泵工作性能要求較高。以壓縮空氣為動(dòng)力的氣動(dòng)泵體積較小，且具備無(wú)極調(diào)控注漿流量、壓力等特點(diǎn)，可以較好地滿足破碎圍巖注漿需要。同時(shí)為了便于注漿設(shè)備隨注漿點(diǎn)變更轉(zhuǎn)移，設(shè)計(jì)一套雙液注漿系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由注漿輸液管路、盛漿桶、雙液注漿泵（2BZQ）、氣動(dòng)攪拌泵（QB260）等構(gòu)成。

注漿時(shí)將A、B兩個(gè)組分注漿材料按照需要水灰比分別裝入到對(duì)應(yīng)的QB260氣動(dòng)攪拌泵內(nèi)，混合均勻后放至盛漿桶內(nèi)，采用2BZQ雙液注漿泵將A、B兩種組分漿液混合均勻并與對(duì)應(yīng)的注漿口連接。

由于巷道表層圍巖破碎、裂隙發(fā)育，容易出現(xiàn)漏漿，因此淺部注漿時(shí)應(yīng)選擇快速失流、快速硬化材料，選擇水灰比0.8∶1～0.6∶1低水灰比注漿做注漿漿液;由于深部區(qū)域內(nèi)裂隙不發(fā)育，為了保證漿液擴(kuò)散范圍，應(yīng)選擇黏度低、流動(dòng)性好的漿液作為注漿漿液，具體選擇水灰比為1.6∶1～0.8∶1高水灰比注漿做注漿漿液。

注漿管路鋪設(shè)完畢、注漿漿液制備完成后，先進(jìn)行淺部注漿從而在淺部破碎圍巖內(nèi)形成止?jié){層，由于巷道表層圍巖內(nèi)裂隙發(fā)育，因此注漿壓力選擇為1～2MPa，注漿過(guò)程中若漏漿嚴(yán)重采用間歇注漿方式，并用紗布對(duì)漏漿處進(jìn)行封堵;待淺部注漿完成后，注漿系統(tǒng)與深部注漿口連接，深部注漿一般采用劈裂注漿及滲透注漿，為了確保注漿效果，一般采用的注漿壓力較高，本次注漿時(shí)深孔注漿壓力控制在4～8MPa。

4注漿效果考察

采用布置在巷道內(nèi)的測(cè)站對(duì)巷道表層及頂板離層情況進(jìn)行檢查，具體監(jiān)測(cè)結(jié)果見圖6。

從圖6中看出，對(duì)沿空留巷巷道進(jìn)行注漿加固后，巷道頂板下沉量由注漿前長(zhǎng)時(shí)間不穩(wěn)定快速進(jìn)入到穩(wěn)定階段，注漿后頂板下沉量在26mm以內(nèi);頂板離層量注漿加固后僅增加2mm，其后再無(wú)增加，表明在巷道圍巖進(jìn)行注漿后可以有效充填裂隙，提升圍巖穩(wěn)定性，同時(shí)通過(guò)注漿后頂板淋水現(xiàn)象得以控制。

5總結(jié)

2905回采工作面沿空留巷巷道圍巖變形量較大主要原因是由于巷道受到斷層帶以及采動(dòng)動(dòng)壓影響圍巖破碎，造成錨網(wǎng)索支護(hù)體系失穩(wěn)，圍巖變形量持續(xù)增加，且未呈現(xiàn)趨于穩(wěn)定趨勢(shì)。同時(shí)頂板淋水會(huì)進(jìn)一步增加圍巖變形。

針對(duì)巷道圍巖變形特征，提出采用注漿方式提高圍巖穩(wěn)定性，并采用一套注漿系統(tǒng)即可同時(shí)進(jìn)行淺部、深部注漿，從而根據(jù)圍巖性質(zhì)、裂隙擴(kuò)展情況選擇性注漿，達(dá)到控制圍巖變形目的。

注漿加固后，圍巖變形量在4d后趨于穩(wěn)定，頂板深部巖層離層得以控制，巷道圍巖內(nèi)裂隙得以充填，并解決了頂板淋水問(wèn)題。通過(guò)選用合適注漿材料，并革新注漿工藝，在2905回采工作面沿空留巷巷道圍巖控制中取得顯著應(yīng)用成果。

【參考文獻(xiàn)】

[1]李鵬偉.沿空留巷圍巖變形特征與控制技術(shù)研究[J].山西能源學(xué)院學(xué)報(bào)，2020，33（1）：1-3.

[2]李愛軍，李西凡.層次注漿工藝在切頂留巷圍巖加固工程的應(yīng)用[J].煤炭工程，2019，51（10）：50-53.

[3]程杰.淺析綜放工作面沿空留巷合理注漿時(shí)機(jī)[J].煤礦現(xiàn)代化，2019（6）：168-170.

[4]曲孔典.考慮頂板影響下沿空留巷圍巖注漿時(shí)機(jī)研究[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2019（12）：29-32，42.

[5]張永強(qiáng).沿空留巷工作面留巷巷道變形控制方法[J].山西化工，2019，39（3）：125-126，131.

[6]范德源，劉學(xué)生，譚云亮，等.深井中等穩(wěn)定頂板沿空留巷錨注切頂支護(hù)技術(shù)研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2019，47（5）：107-112.

[7]李輝.綜放工作面沿空留巷變形規(guī)律研究[J].山西焦煤科技，2019，43（3）：22-24，34.

[8]于憲陽(yáng)，王衛(wèi)軍，張自政，等.深井沿空留巷大變形錨注一體控制技術(shù)[J].礦業(yè)工程研究，2017，32（3）：22-26.