寺河礦疊加應(yīng)力區(qū)復(fù)用巷道注漿加固技術(shù)研究

馬晉元

（山西晉煤集團(tuán)寺河礦，山西 晉城 048000）

山西晉煤集團(tuán)寺河礦為高瓦斯千萬噸級大型礦井，為滿足通風(fēng)需求，工作面多采用“三進(jìn)兩回”的多巷布置，造成巷道掘進(jìn)量和維護(hù)量過大，因此多采用在工作面回采結(jié)束后保留兩條巷道為下一工作面服務(wù)[1]。由于工作面采高大、推進(jìn)速度快，工作面頂板活動(dòng)劇烈、來壓較快，使得復(fù)用巷道變形破壞較為嚴(yán)重，影響下一工作面的安全回采[2-3]。因此，為減少巷道掘進(jìn)量和返修次數(shù)，有必要對該巷道進(jìn)行注漿加固治理，提高預(yù)留復(fù)用巷道的穩(wěn)定性，保證工作面的安全回采[4]。

1 工程概況

W2302 工作面地面位置位于寺河工業(yè)廣場以西，平均凈長1251 m，傾斜平均長度221 m。工作面以南為正采掘的W2301 工作面，其中W23012 巷和W23014 巷為W2302 工作面的復(fù)用巷道（W23014巷作為W2302 工作面進(jìn)風(fēng)順槽，W23012 巷作為W2302 工作面輔助進(jìn)風(fēng)巷）。工作面及巷道布置如圖1 所示。在W2301 工作面回采過程中預(yù)留巷道受到一次采動(dòng)影響，兩條預(yù)留巷道出現(xiàn)嚴(yán)重滯后變形，在二次采動(dòng)影響下變形將更為嚴(yán)重，需對該復(fù)用巷道進(jìn)行治理。

圖1 工作面及巷道布置

2 巷道破壞規(guī)律及注漿時(shí)機(jī)選取

考慮到復(fù)用巷道受到兩次重復(fù)采動(dòng)影響，需有針對性地對兩個(gè)工作面回采期間進(jìn)行分次注漿加固治理。為合理選擇注漿時(shí)機(jī)設(shè)計(jì)及注漿加固方案，應(yīng)對該疊加應(yīng)力巷道的變形破壞規(guī)律進(jìn)行分析。

一次采動(dòng)：由于受到W2301 工作面回采過程中側(cè)向支承壓力影響，巷道滯后變形嚴(yán)重。據(jù)現(xiàn)場統(tǒng)計(jì)，在距切眼150～600 m 范圍內(nèi)，巷道變形明顯，其中250～450 m 段巷道底鼓，兩幫變形嚴(yán)重，頂板下沉。

圖2 W2302 大采高工作面超前支承壓力曲線

圖3 W23012 巷圍巖鉆孔窺視圖

二次采動(dòng)：在W2302 工作面推進(jìn)過程中，復(fù)用巷道主要受到超前支承壓力的影響。在超前支承壓力影響下，巷道開始變形破壞，為注漿加固提供可能。在超前支承壓力區(qū)進(jìn)行注漿可實(shí)現(xiàn)及時(shí)控制圍巖破壞的目的。

因此建立數(shù)值模型，模擬W2302 工作面回采期間超前支承壓力分布規(guī)律。圖2 為工作面回采期間超前支承壓力分布規(guī)律。從圖中可以看出，超前支承壓力峰值在工作面煤壁前方8 m 左右，影響范圍65 m。

根據(jù)以上重復(fù)采動(dòng)影響下巷道變形、破壞規(guī)律，將一次注漿時(shí)機(jī)選擇在滯后W2301工作面300 m處，通過跟進(jìn)W2301 工作面回采進(jìn)行注漿加固，提高巷道承載能力，加強(qiáng)其穩(wěn)定性。二次注漿時(shí)機(jī)選擇在超前W2302 工作面8～65 m 處。隨著工作面推進(jìn)，不斷超前注漿加固巷道圍巖體，提高其承載能力。

3 注漿加固方案及注漿材料

3.1 注漿加固方案設(shè)計(jì)

為合理設(shè)計(jì)注漿加固方案，采用現(xiàn)場鉆孔窺視對W23012 巷中靠近工作面一幫側(cè)觀察圍巖破壞情況，鉆孔窺視圖像如圖3 所示。可以看到圍巖破壞具有明顯的分區(qū)特征，圍巖在0～3 m 范圍內(nèi)破碎嚴(yán)重；3.0～8.5 m 范圍內(nèi)，煤巖體中分布有大量的橫縱貫通裂隙，巖體孔隙率高；8.5～12.0 m 范圍內(nèi)，煤巖體的完整性較好，裂隙發(fā)育并不嚴(yán)重，煤巖體仍具有一定的承載能力；在12.0 m 以外范圍，煤巖體保持完整，無明顯應(yīng)力破壞現(xiàn)象。

根據(jù)巷道內(nèi)部圍巖破壞深度范圍，應(yīng)設(shè)計(jì)鉆孔長度12 m。但為起到減少施工量，提高注漿效率的目的，采用深、淺孔結(jié)合的方式布置注漿鉆孔，對巷幫不同區(qū)域煤體進(jìn)行深、淺區(qū)域聯(lián)合注漿加固。同時(shí)根據(jù)不同巷道破壞情況，在W23012 巷兩幫均布置鉆孔，在W23014 巷變形破壞嚴(yán)重區(qū)域，兩幫均布置鉆孔，在破壞不嚴(yán)重區(qū)域，僅在工作面一側(cè)煤壁布置鉆孔。鉆孔布置示意圖如圖4 所示。

圖4 鉆孔布置示意圖

淺孔開孔位置距巷道頂板0.6～1.0 m，鉆孔長度8 m，仰角20°。深孔開孔位置距巷道底板1.5～2.0 m，鉆孔深度12 m，仰角10°。鉆孔沿巷道走向間距為6 m。

3.2 注漿材料

注漿加固材料性能是決定注漿加固效果的重要因素，為滿足注漿加固工程時(shí)效性要求[5]，本次注漿加固材料選用聯(lián)邦加固Ⅰ號注漿材料。該注漿材料由無機(jī)雙組分礦粉組成，單液在6 h 內(nèi)具備良好的流動(dòng)性，不發(fā)生離析、泌水；混合能夠在0～5 min 時(shí)間內(nèi)失流，漿液擴(kuò)散半徑在3～6 m 之間，硬化時(shí)間在5～15 min。同時(shí)材料水灰比可調(diào)范圍大，可根據(jù)不同注漿需求，調(diào)整水灰比來控制材料的失流、硬化時(shí)間以及固結(jié)體強(qiáng)度。不同水灰比注漿材料固結(jié)體強(qiáng)度見表1。

表1 聯(lián)邦加固Ⅰ號雙液注漿材料抗壓強(qiáng)度

3.3 注漿工藝及參數(shù)

采用氣動(dòng)注漿系統(tǒng)，注漿過程中壓力、流量無極調(diào)節(jié)，可在淋水、瓦斯條件下使用。具體注漿流程如圖5 所示。

圖5 注漿流程示意圖

為保證注漿加固效果，注漿過程中水灰比控制在0.8～1.0:1 之間，注漿壓力控制在6～8 MPa，漏漿嚴(yán)重時(shí)采用間歇注漿的方式適當(dāng)減輕注漿壓力，并適當(dāng)降低水灰比，以減少漿液失流時(shí)間。

4 工程效果檢驗(yàn)

為檢驗(yàn)注漿效果，在W23012 巷采用“十字”布點(diǎn)法布置7 個(gè)測點(diǎn)對巷道表面位移進(jìn)行監(jiān)測，本文僅對1#和3#典型測點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。兩測點(diǎn)巷道變形曲線及移近速率如圖6 所示。

圖6 測點(diǎn)巷道表面位移曲線

從圖6 中巷道移近曲線和變形速率可以看出，隨著注漿加固時(shí)間的延長，頂板移近量始終大于兩幫移近量，巷道的表面位移量持續(xù)增加，但后期變形速率明顯放緩。這是由于在注漿加固前期，注漿加固材料強(qiáng)度處于逐漸上升階段，巷道變形速率較快，隨著材料強(qiáng)度的逐漸增長，破碎圍巖的承載能力逐漸提高，巷道變形速率逐漸下降，巷道變形趨于穩(wěn)定。表明該疊加應(yīng)力巷道經(jīng)過分次注漿加固后，巷道變形得到明顯控制，能夠保證工作面安全、正?；夭?。

5 結(jié)論

（1）通過分析復(fù)用煤巷受疊加應(yīng)力影響，得出在一次采動(dòng)影響下巷道變形破壞主要受工作面?zhèn)认蛑С袎毫τ绊?，二次采?dòng)影響下巷道變形主要受下一工作面超前支承壓力影響。

（2）提出對疊加應(yīng)力影響巷道進(jìn)行分次注漿加固工藝，根據(jù)巷道圍巖破壞規(guī)律確定了注漿加固時(shí)機(jī)和范圍，設(shè)計(jì)了注漿加固方案，采用高性能注漿材料對巷道進(jìn)行分次注漿加固治理。

（3）復(fù)用巷道經(jīng)過注漿加固后，隨著注漿材料強(qiáng)度的增長，巷道變形得到明顯控制，巷道穩(wěn)定性得到明顯提高，保證工作面安全回采。