多次動壓巷道層次注漿加固技術(shù)研究

李 任

（山西晉煤集團沁秀公司岳城煤礦，山西 晉城 048006）

破碎圍巖注漿時，圍巖不同分區(qū)內(nèi)漿液滲透機理存在較大差異。如果對所有分區(qū)采用同一種注漿工藝，注漿加固效果容易出現(xiàn)較大區(qū)別。如果漿液粘度過大、注漿壓力過小，則圍巖深部細微裂隙難以得到有效填充；如果漿液粘度過小、注漿壓力過大，則淺部破碎區(qū)域漏漿問題難以解決；如果采用不同粘度材料分數(shù)次注漿[1]，則需要在同一鉆孔多次注漿，工藝復雜且難以保證質(zhì)量。為解決上述問題，提出了層次注漿工藝理論，從注漿工藝、注漿管路、施工流程等方面對傳統(tǒng)注漿方式進行改進，以一種簡單實用的注漿方式實現(xiàn)對圍巖不同分區(qū)的注漿加固。

1 概況

23132 巷為岳城煤礦2313 工作面回風巷道，工作面為“兩進一回”，走向長度1200 m，可采長度220 m，主采3#煤層結(jié)構(gòu)簡單，平均厚度2.8 m，平均傾角3.7°，不易自燃，煤塵無爆炸危險性。工作面巷道布置如圖1 所示。

圖1 2313 工作面巷道布置圖

23132 巷由于受持續(xù)動壓影響，頂部圍巖應力變化較大，巷道頂板破碎嚴重并明顯下沉，多處出現(xiàn)“網(wǎng)包”現(xiàn)象，部分鋼帶和錨索出現(xiàn)明顯的扭曲變形，極易引發(fā)漏矸甚至頂板事故。因此有必要對壓力顯現(xiàn)區(qū)域進行層次注漿加固。

2 層次注漿原理

層次注漿技術(shù)是近年來深孔注漿技術(shù)體系中的一項關(guān)鍵技術(shù)，其原理如圖2 所示。

由圖2 可知，層次注漿技術(shù)其主要原理是對巷道圍巖的破碎區(qū)、塑性區(qū)和彈性區(qū)進行分層次注漿，即施工淺層注漿鉆孔，用高粘、速凝注漿材料通過低壓、低流量充填注漿方式，重點對破碎區(qū)圍巖表面裂隙進行封閉，對圍巖完全滲流區(qū)裂隙、錨索鉆孔裂隙、瓦斯抽放鉆孔裂隙等區(qū)域進行有效填充，提升淺部圍巖結(jié)構(gòu)質(zhì)量并形成止?jié){層；再施工深層注漿鉆孔，將低粘、易擴散性好注漿材料通過中、高壓力，以滲透注漿、劈裂注漿方式填充定向裂隙區(qū)、滲流屏蔽區(qū)裂隙，提高滲流區(qū)、滲流屏蔽區(qū)圍巖的內(nèi)摩擦角和內(nèi)聚力[2]，提高圍巖的整體塑性，同時在彈性區(qū)采用錨桿錨索進行補強，提高整體注漿效果。

圖2 層次注漿技術(shù)原理圖

3 注漿工藝

3.1 淺層注漿工藝參數(shù)

由于23132 巷屬于采動影響巷道，圍巖淺層區(qū)域裂隙發(fā)育，漿液容易擴散造成漏漿浪費，因此淺層注漿壓力2 MPa，采用速凝無機注漿材料，該材料能夠在1 min 內(nèi)失去流動性，能夠在5 min 內(nèi)初凝，在10 min 左右實現(xiàn)終凝，能夠滿足現(xiàn)場要求。

3.2 深層注漿工藝參數(shù)

23132 巷深層注漿區(qū)域裂隙發(fā)育程度逐漸減弱，考慮使用低粘、易擴散性好的注漿材料，以滲透注漿、劈裂注漿方式進行填充，避免進入細小裂隙時出現(xiàn)水料分離。應當選取較大水灰比（0.8～1.5:1）的材料，材料在5 min 左右失去流動性，能夠在10 min 左右實現(xiàn)初凝，并最終在20 min 左右終凝。由于深層注漿區(qū)域注漿以滲透注漿和劈裂注漿方式為主，結(jié)合23132 巷圍巖參數(shù)，注漿壓力應在6 MPa。

4 注漿封孔

通過對層次注漿技術(shù)工藝的分析研究可知，層次注漿是采用同材料同鉆孔對巷道圍巖的深淺區(qū)域進行注漿加固，避免深層和淺層分別打孔[3]。因此，須對注漿管進行設(shè)計改進，使其能夠同時滿足深淺兩個區(qū)域的注漿要求。

層次注漿技術(shù)的關(guān)鍵在于淺層區(qū)域的注漿效果。巷道圍巖的淺層區(qū)域破壞嚴重，裂隙發(fā)育極其明顯，貫通性好，漿液流通性好，注漿量大，同時也造成漏漿現(xiàn)象嚴重。對淺層區(qū)域進行注漿時，只有保證漿液與煤巖體充分結(jié)合，快速形成止?jié){層，才能確保進行深層區(qū)域注漿時達到較好的效果。結(jié)合23132 巷層次注漿技術(shù)特點、材料特性，對封孔工藝進行改進，如圖3 所示。

圖3 封孔示意圖

由圖3 可知，新型封孔裝置通過雙層無縫鋼管焊接，外層為DN25 無縫鋼管，管段焊接300 mm 左右的鐵絲來固定棉紗；內(nèi)層采用DN15 無縫鋼管，棉紗須纏緊纏厚，與孔壁貼合緊密，有效阻擋漿液外流，并通過調(diào)節(jié)封孔區(qū)段的長度，改變漿液在巖體中流通跡線的長度，進而改變注漿加固的范圍和效果。由于淺層區(qū)域裂隙發(fā)育、巖體破碎，因此，在連接好淺部注漿口后，應采用低水灰比、高粘度材料，盡量采用間歇注漿的方式，并配合較小的注漿壓力，避免注漿量過大導致圍巖表面鼓出，進而實現(xiàn)止?jié){層的快速形成。其注漿效果如圖4 所示。

圖4 層次注漿效果圖

5 效果驗證及結(jié)論

對23132 巷注漿后巷道表面位移變化及離層情況進行統(tǒng)計，得其位移變化曲線和頂板離層曲線如圖5 所示。

由圖5 可知，從注漿第0～2 d，巷道頂板下沉處于高速流變狀態(tài)；第2～4 d 時，頂板下沉量及下沉速率開始減小，頂板圍巖開始趨向穩(wěn)定；第6 d 以后頂板下沉量開始穩(wěn)定在20 mm 左右并不再變化。2.3 m處基點從第2 d 開始離層值穩(wěn)定在1 mm，6.3 m 處基點從第2 d 開始離層值穩(wěn)定在2 mm，說明注漿2 d 后淺部圍巖頂板裂隙已不再發(fā)育，頂板圍巖處于穩(wěn)定狀態(tài)，深部圍巖頂板在第2～4 d 后穩(wěn)定。綜上可知，采用層次注漿加固技術(shù)能夠一次性有效充填淺部、深部等不同區(qū)域的頂板裂隙，實現(xiàn)對頂板離層、變形的穩(wěn)定控制。

圖5 巷道頂板位移變化及離層變化曲線