掘進(jìn)巷道破碎頂板注漿加固技術(shù)應(yīng)用

趙海生

(山西高平科興游仙山煤業(yè)有限公司，山西 高平 048400)

1 概述

山西高平科興游仙山煤業(yè)有限公司15210運(yùn)輸順槽位于井田二采區(qū)，巷道南部為15209運(yùn)輸順槽，北部為15210工作面，東部為掘進(jìn)區(qū)域，西部為二采區(qū)大巷。

15210運(yùn)輸順槽設(shè)計長度為875 m，巷道掘進(jìn)煤層為15#層，平均厚度為4.1 m，平均傾角為4°，15210巷設(shè)計斷面規(guī)格為寬×高=5.0 m×4.1 m，巷道采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)工藝，截止2019年2月巷道已掘進(jìn)450 m。

15210運(yùn)輸順槽掘進(jìn)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造以斷層為主，巷道掘進(jìn)至450 m～480 m段共計揭露4條正斷層，斷層平均落差為1.2 m，平均傾角為48°，受多斷層應(yīng)力疊加影響，巷道掘進(jìn)至447 m處時頂板出現(xiàn)破碎、下沉現(xiàn)象，巷道掘進(jìn)至450 m處等你出現(xiàn)局部冒落現(xiàn)象，頂板錨桿支護(hù)無法對破碎頂板進(jìn)行有效支護(hù)，對此，游仙山煤礦通過技術(shù)研究決定對15210運(yùn)輸順槽應(yīng)力破碎頂板采取注漿加固技術(shù)。

2 注漿施工

巷道附近的采空區(qū)由于地質(zhì)構(gòu)造的夾縫較大，而且采空區(qū)周圍的圍巖均為泥巖，泥巖的特性比較柔軟，當(dāng)遇到水后經(jīng)過一系列物理化學(xué)反應(yīng)后會發(fā)生膨脹，導(dǎo)致周圍的巖體隨之膨脹。因此施工人員在掘進(jìn)的過程中很容易遇到巷道頂板、側(cè)幫膨脹及頂板下沉嚴(yán)重，嚴(yán)重影響掘進(jìn)工作面的正常開展[1]。掘進(jìn)工作面在掘進(jìn)的過程中如遇到上層巖體為塌陷采空區(qū)，常常會造成掘進(jìn)工作面頂板隨掘隨塌的現(xiàn)象。隨著掘進(jìn)工作面的不斷深入，掘進(jìn)巷道頂板及煤壁承載的壓力也越來越大，剛看到的圍巖無法承載壓力后，工作面會發(fā)生大面積垮落。因此施工人員采取注漿加固的方式來確保掘進(jìn)工作的正常開展。

2.1 注漿材料

1)通常決定工作面的巖層均為泥巖，泥巖間會存在較多的微小裂縫，施工人員經(jīng)過分析選用漏必堵及固安特材料對巖層進(jìn)行加固。漏必堵是井下常用的密封及填充材料，它是一種高分子聚合泡沫材料，具有較好的隔氣性及柔韌性，而且該物質(zhì)的可燃性較低，作為封堵材料非常適用于對井下瓦斯及火災(zāi)的封閉，該物質(zhì)含具有較快的反應(yīng)速度，抗壓力特性也較高[2]。

2)固安特主要是由樹脂和催化劑按照相同的體積比例混合而成，作為高強(qiáng)度加固材料，固安特是一種高分子雙液型材料，通常適用于對井下頂板及煤壁破碎嚴(yán)重或松散的巖體進(jìn)行加固，能夠很好的解決頂板、破碎、下沉等問題。由于該物質(zhì)的具有較強(qiáng)的黏合性，能夠隨著環(huán)境的不同而改變反應(yīng)速度，對破碎巖體的黏合作用明顯且機(jī)械性能強(qiáng)。對于井下巖體中的縫隙具有較強(qiáng)的滲透性，尤其是對破碎頂板的加固及煤壁縫隙的封堵效果非常明顯。

3)由于這兩種含量均具有較快的反應(yīng)速度，在較短的時間內(nèi)會固結(jié)，因此需要施工人員在不影響生產(chǎn)的前提上能夠迅速的完成整個注漿過程；注漿在施工過程中使用的設(shè)備體積較小、重量較輕、施工步驟簡單，能夠最大限度的避免對掘進(jìn)工作的影響；注漿過程中使要使用的注漿材料較少，由于漏必堵具有較強(qiáng)的黏結(jié)性與膨脹性，因此只需要較少的材料就能起到較強(qiáng)的加固作用，非常適用于對巷道冒頂區(qū)域的填充。由于漏必堵具有較強(qiáng)的抗壓強(qiáng)度且材料使用量低，也非常適用于破碎頂板。固安特是一種絕燃性較好的材料，能夠在工作面生產(chǎn)時大量使用[3]。

2.2 注漿孔布置

1)施工人員首先要選用三花孔模式在回分巷的斷層位置進(jìn)行注孔，以回風(fēng)巷為中心，在巷道兩側(cè)以1m為結(jié)局依次施工三個鉆孔，孔的方向要順著頂板方向，傾角為,30°，孔的深度控制在3.5 m～4.5 m之間。第2排漿孔要采用插花布設(shè)，位置要位于第 1 排注漿孔下方0.5 m處，傾角為20°，孔的深度控制在3.5 m～4.5 m，注漿孔排距為5.0 m，如圖1所示。

圖1 15210運(yùn)輸順槽應(yīng)力區(qū)頂板注漿支護(hù)施工剖面示意圖

2)施工人員可以根據(jù)現(xiàn)場的實際情況來修正循環(huán)封孔位置，注漿的速度按照3 m/次進(jìn)行循環(huán)推進(jìn)，當(dāng)?shù)?次注漿施工完畢后，施工人員需對頂板和煤壁進(jìn)行注漿加固作業(yè)，之后的循環(huán)只需要超前加固即可。

2.3 注意事項

為了能夠提高巷道頂板及煤壁圍巖的穩(wěn)定性及承載力，確保巖體結(jié)構(gòu)不被破壞，施工人員需對注漿后的頂板及煤壁進(jìn)行臨時支護(hù)。

1)按照注漿加固工藝要求對鉆孔的深度與孔徑合理設(shè)計，鉆孔的深度，孔徑及傾角可以根據(jù)巷道的地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行微調(diào)[4]。

2)注漿材料桶及注漿機(jī)可以通過吸料管進(jìn)行連接，施工作業(yè)時原材料在氣動壓力活塞的作用下進(jìn)入注射槍，時原材料經(jīng)注射槍灌入地層并滲入縫隙，由于注漿液在縫隙會迅速凝固，因此施工人員要保證施工過程的緊湊性，同時要確保注漿壓力不低于3 MPa。

3)為了確保煤壁縫隙全部緊密填充，因此要保證注射槍不再吸取漿液后才能停止注漿。

4)注漿過程完畢后，工作人員需使用樹脂材料對注射槍及管路進(jìn)行清洗。在進(jìn)行下一輪注漿作業(yè)時，需重復(fù)以上施工步驟，當(dāng)所有的孔全部注漿完畢后，多功能泵及其附件需使用清洗劑對進(jìn)行清洗[5]。

3 注漿加固應(yīng)用效果分析

1)15210運(yùn)輸順槽掘進(jìn)至450 m處時對頂板進(jìn)行注漿加固，直至巷道掘進(jìn)480 m處停止注漿施工，共計施工6組(12個)注漿鉆孔；巷道頂板通過注漿加固后現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，注漿后的頂板煤巖體單軸抗壓強(qiáng)度提高至47 MPa，巖體膠結(jié)穩(wěn)定性大大提高，煤巖體韌性是注漿前的2倍～3倍，對頂板破碎巖體3.0 m范圍的裂隙進(jìn)行充分填充，保證了巷道頂板錨桿支護(hù)效果，錨桿錨固失效率由原來的12%降低為3%。

2)破碎頂板注漿加固后在該區(qū)域每隔15 m安裝一臺頂板離層儀，通過30 d現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，注漿加固后提高了破碎頂板力學(xué)性質(zhì)，降低了頂板破碎現(xiàn)象，頂板未發(fā)生離層現(xiàn)象，但是受頂板蠕動變形影響，頂板出現(xiàn)局部下沉現(xiàn)象，下沉量為0.12 m，通過注漿液將破碎頂板黏結(jié)在一起，超前注漿的方式能夠有效的提高掘進(jìn)工作面的圍巖強(qiáng)度，增加巷道掩體的承載能力。

4 結(jié)語

綜上所述，巷道在掘進(jìn)過斷層應(yīng)力區(qū)時，頂板圍巖力學(xué)結(jié)構(gòu)遭到破壞后頂板很容易出現(xiàn)破碎、冒落現(xiàn)象，發(fā)生重大煤礦安全事故，本文針對巷道頂板破碎機(jī)里及破碎現(xiàn)狀，對巷道頂板采取注漿加固技術(shù)，通過實際應(yīng)有效果來看，采取注漿加固后破碎巖體得以重新組合，提高圍巖整體穩(wěn)定性，加強(qiáng)了錨桿支護(hù)作用，控制了冒落圍巖下沉、破碎現(xiàn)象，取得了顯著應(yīng)用成效。