趙莊煤業(yè)13102 復(fù)用巷道注漿優(yōu)化應(yīng)用研究

劉子淇

（山西晉城無(wú)煙煤礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司趙莊煤業(yè)，山西 長(zhǎng)治 046600）

隨著開(kāi)采深度的增加，巷道所處的環(huán)境也越來(lái)越差，圍巖變形量也更加嚴(yán)重，返修次數(shù)不斷增加，能否有效解決這些問(wèn)題關(guān)系到煤礦的安全生產(chǎn)?；诂F(xiàn)有研究，結(jié)合趙莊煤業(yè)13102 巷工程背景，總結(jié)分析了巷道的破壞原因，提出了適用于控制巷道圍巖的二次注漿支護(hù)方案，給出了最佳注漿支護(hù)參數(shù)，以期為同類(lèi)復(fù)用巷道圍巖控制問(wèn)題提供一條切實(shí)可行的技術(shù)方案。

1 工程概況

趙莊煤業(yè)13102 巷為1310 工作面回風(fēng)順槽，全長(zhǎng)約2750 m，為1310 和1311 兩個(gè)工作面服務(wù)。目前1309 工作面臨近回采完畢，1310 工作面準(zhǔn)備接替，1311 正在布置回采巷道。13101 巷與13102巷之間保護(hù)煤柱凈寬50 m。計(jì)劃在13102 巷進(jìn)行全長(zhǎng)注漿加固，維護(hù)該復(fù)用巷道，以滿(mǎn)足1311 工作面的復(fù)用。

頂?shù)装鍘r性見(jiàn)表1。

表1 頂?shù)装鍘r性表

13102 巷為矩形斷面，尺寸為5.0 m×4.5 m，沿頂掘進(jìn)，留有底煤。巷道掘進(jìn)后原支護(hù)方式采用錨網(wǎng)梁支護(hù)，巷道錨桿錨索布置圖如圖1。頂板支護(hù)：頂角錨索距幫300 mm，每排5 根錨索，錨索為Ф22 mm、長(zhǎng)6400 mm 的高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力錨索。兩幫支護(hù)：錨桿為左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿，排距1200 mm，間距950 mm，最頂、底部?jī)筛^桿分別距頂、底板300 mm、400 mm。每排每幫5 根錨桿，幫部上角錨桿與水平方向成10°偏角，其余4 根均與巷幫垂直；錨索每幫每排2 根，排距2.4 m，錨索間距2.2 m。

圖1 巷道原支護(hù)布置圖

2 圍巖破碎現(xiàn)狀

在錨網(wǎng)梁支護(hù)方案下，巷道圍巖移近量變大，頂板冒頂，煤壁向巷道內(nèi)崩落。在工作面回采超過(guò)40 m 后，前方巷道斷面收縮量進(jìn)一步增大，圍巖更加破碎，錨桿、錨索失效比較嚴(yán)重，頂板錨桿失效量超過(guò)一半，部分錨索失效，兩幫錨桿失效數(shù)量接近一半。頂板大幅下沉，兩幫嚴(yán)重變形，圍巖整體失穩(wěn)，已經(jīng)難以滿(mǎn)足13102 工作面回采期間巷道正常使用，需要對(duì)其進(jìn)行多次返修，嚴(yán)重影響了工作面的正?；夭蛇M(jìn)度。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)，在現(xiàn)有支護(hù)方案條件下，巷道變形嚴(yán)重區(qū)域的巷道頂板位移量超過(guò)700 mm，巷道兩幫圍巖變形量超過(guò)600 mm，兩幫劇烈變形區(qū)和穩(wěn)定區(qū)的變形量占總變形量的80%以上。劇烈變形區(qū)形變大的根本原因是一次支護(hù)強(qiáng)度不足，而穩(wěn)定區(qū)是由圍巖破壞深度加深引起的，錨桿、錨索失去作用，圍巖承載能力大幅降低。

因此，采用二次注漿的支護(hù)方案加固圍堰，一次注漿用于提高一次支護(hù)強(qiáng)度，控制劇烈影響區(qū)巷道變形量和破壞深度，在穩(wěn)定區(qū)及時(shí)進(jìn)行二次注漿，提高圍巖的殘余承載能力，使圍巖達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

3 13102 巷注漿加固方案

3.1 一次注漿加固方案

復(fù)用巷道理論最佳注漿時(shí)機(jī)是工作面后方0～150 m 范圍，即巷道初始變形區(qū)。初始變形區(qū)內(nèi)巷道圍巖發(fā)生松動(dòng)，裂隙貫通，可注性提高，注漿效果好。理論最佳錨索補(bǔ)強(qiáng)時(shí)機(jī)是越早越好，在煤體內(nèi)裂隙尚不發(fā)育、完整性仍較高時(shí)，錨索錨固力最有可能達(dá)到要求，后期隨著巷道變形增大，破壞深度增加，錨索錨固力快速降低。

目前存在的主要問(wèn)題是超前工作面提前補(bǔ)打幫部錨索，錨固力多數(shù)不達(dá)標(biāo)，必須采用注漿后幫部錨索補(bǔ)強(qiáng)。注漿是為了給錨索提供更好的受力環(huán)境，實(shí)施超前注漿、錨索補(bǔ)強(qiáng)，均必須超過(guò)工作面前方150 m 以外。

3.1.1 注漿范圍

巷道全長(zhǎng)，煤柱一側(cè)和工作面一側(cè)。

3.1.2 鉆孔布置

采用4 m、10 m 兩個(gè)孔深進(jìn)行注漿，4 m 孔用于封幫。

4 m 孔布置：淺孔每排4 個(gè)鉆孔，4 個(gè)鉆孔在一條直線上。第1 鉆孔距離頂板0.8 m，孔深4 m，仰角10°；第2 個(gè)鉆孔距離第1 個(gè)鉆孔1.1 m，孔深4 m，仰角0°；第3 個(gè)鉆孔距離第2 個(gè)鉆孔1.1 m，孔深4 m，仰角0°；第4 個(gè)鉆孔距離第3 個(gè)鉆孔1.1 m，孔深4 m，仰角0°；中部鉆孔距離底板2.5 m，孔深4 m，仰角0°，孔徑均為42 mm。鉆孔排距2 m。4m 淺孔布置平面圖如圖2。

圖2 4 m 淺孔布置平面圖

10 m 孔布置：孔深10 m，孔徑42 mm，每排2個(gè)鉆孔，孔間距2 m，上排鉆孔距頂板1.5 m，仰角5°，下排鉆孔距頂板3.0 m，仰角0°。10m 孔布置平面圖如圖3。

圖3 10m 孔布置平面圖

3.1.3 注漿管安裝、封孔

外部采用1 根DN20 鋼管，2 m，內(nèi)部采用PE 管。封孔長(zhǎng)度：4 m 孔封孔長(zhǎng)度0.5～1 m，10 m 孔封孔長(zhǎng)度1～2 m。

3.1.4 注漿材料

4 m 孔使用聯(lián)邦加固1 號(hào)（雙液）注漿材料，使用水灰比0.8:1～1:1。10 m 孔采用聯(lián)邦加固1 號(hào)（單液）注漿材料，使用水灰比0.6～0.8:1。該注漿材料具有快凝、早強(qiáng)、高滲透性、結(jié)石率高等特性，可以根據(jù)需要，調(diào)整凝結(jié)時(shí)間和膠結(jié)強(qiáng)度。不同水灰比條件下凈漿固結(jié)強(qiáng)度見(jiàn)表2。

表2 聯(lián)邦加固Ⅰ號(hào)雙液材料抗壓強(qiáng)度對(duì)比（MPa）

3.1.5 注漿參數(shù)

注漿壓力：4 m 淺孔注漿終止壓力6～8 MPa，10 m 孔試驗(yàn)15 MPa 壓力下注漿情況，如可行按照終止壓力15 MPa 執(zhí)行，如不可行，注漿終止壓力應(yīng)不小于10 MPa。

3.2 13102 巷二次注漿加固方案

注漿范圍：巷道全長(zhǎng)，僅煤柱一側(cè)。

注漿時(shí)機(jī)：1310 工作面后方600～800 m 范圍，跟隨工作面回采進(jìn)行。

鉆孔布置：鉆孔上下排布置，上排孔距頂板為1.5 m，仰角5°，孔深8 m；下排孔開(kāi)孔高度距頂板3.0 m，仰角0°，孔徑均為42 mm。鉆孔排距2 m。二次注漿8 m 鉆孔布置圖如圖4。

圖4 二次注漿8 m 鉆孔布置圖

注漿材料和注漿參數(shù)：二次注漿10 m 孔采用聯(lián)邦加固1 號(hào)（雙液）注漿材料，水灰比0.8:1。注漿終止壓力不小于8 MPa。注漿過(guò)程中應(yīng)注意壓力不可過(guò)大，如煤幫出現(xiàn)異常，應(yīng)減小注漿壓力。

4 工程應(yīng)用

對(duì)13102 復(fù)用巷道注漿完畢后，布置12 個(gè)位移測(cè)點(diǎn)，并持續(xù)觀測(cè)測(cè)點(diǎn)，每7 d 觀測(cè)一次，變化速度大于5 mm/d 時(shí)，每3 d 觀測(cè)一次。分析巷道變形量和變形速度，得到注漿加固后圍巖變形曲線和變形速率曲線如圖5。

圖5 圍巖變形情況

由圖可知，對(duì)巷道注漿加固后，巷道總變形量為：頂板下沉量小于400 mm，兩幫移近量少于350 mm，滿(mǎn)足使用需求。相對(duì)于原支護(hù)方案的頂板和兩幫的位移量700 mm、600 mm，分別減少了43.9%、41.7%。由變形曲線可知，距離工作面越近，變形量越大，在距工作面超過(guò)40 m 時(shí)，巷道圍巖變形量的速率急劇減緩。通過(guò)二次注漿提高了圍巖的整體強(qiáng)度，改善了巷道圍巖的力學(xué)性能，為錨桿提供了強(qiáng)有力的著力基礎(chǔ)，有效控制了巷道圍巖的位移量，支護(hù)效果良好。

5 結(jié)論

（1）在錨網(wǎng)梁支護(hù)方案下，當(dāng)本工作面回采時(shí)，復(fù)用巷道受回采動(dòng)壓的影響，礦壓顯現(xiàn)劇烈，表現(xiàn)為巷道圍巖移近量變大，頂板冒頂，煤壁向巷道內(nèi)崩落。

（2）對(duì)復(fù)用巷道進(jìn)行二次注漿，一次注漿的目的是提高一次支護(hù)強(qiáng)度，減小劇烈影響區(qū)巷道變形量和破壞深度，在穩(wěn)定區(qū)及時(shí)進(jìn)行二次注漿，提高殘余承載能力，使圍巖進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。

（3）通過(guò)工程實(shí)踐可知，優(yōu)化方案提高了圍巖的整體強(qiáng)度，改善了巷道圍巖的力學(xué)性能，有效控制了巷道圍巖的位移量，滿(mǎn)足了工作面的使用需求。