寺河礦采動(dòng)影響集中巷注漿補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)優(yōu)化

曹 璐

（晉城宏圣科威礦用材料有限公司，山西 晉城 048000）

1 概述

我國(guó)是一個(gè)煤礦大國(guó)，煤炭在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中占有重要地位，對(duì)于我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要的促進(jìn)作用[1-3]，是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展不可或缺的能源資源。我國(guó)煤礦開(kāi)采多以井工開(kāi)采，井工開(kāi)采需要開(kāi)拓大量的巷道，目前，我國(guó)每年開(kāi)采的巷道已達(dá)到1.2×104km，這些巷道的開(kāi)拓需要對(duì)其進(jìn)行支撐維護(hù)[4-6]，保證工作面的正?；夭?。隨著大量煤炭資源的開(kāi)采，淺埋深煤炭資源已趨于殆盡，煤炭企業(yè)不得不向深部開(kāi)采，深部開(kāi)采面臨地應(yīng)力大的威脅[7-8]，同時(shí)受到構(gòu)造應(yīng)力、采動(dòng)影響、間隔煤柱小的問(wèn)題，巷道受到不同程度的影響，出現(xiàn)了底鼓、幫鼓等礦壓顯現(xiàn)，嚴(yán)重威脅煤礦安全生產(chǎn)[9-10]。

為了消除底鼓、幫鼓等帶來(lái)的不利影響，注漿加固技術(shù)是消除不利影響的有效手段，通過(guò)注漿設(shè)備將漿液注入到圍巖裂隙中[11-12]，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，漿液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成結(jié)石體，結(jié)石體將原來(lái)的破碎的圍巖形成一個(gè)完整的整體，改變?cè)瓉?lái)圍巖的結(jié)構(gòu)特征，提高圍巖穩(wěn)定性，對(duì)于提高巷道穩(wěn)定性具有重要意義[13-14]。

本文以晉能控股裝備制造集團(tuán)有限公司寺河煤礦為試驗(yàn)礦井，對(duì)其巷道進(jìn)行注漿加固治理，已達(dá)到安全生產(chǎn)的目的。

2 工程概況

受構(gòu)造應(yīng)力、采動(dòng)影響、間隔煤柱小等影響，東五盤(pán)區(qū)東翼新增輔運(yùn)巷、東翼新增回風(fēng)巷、東翼膠帶巷、東翼輔運(yùn)巷4條集中巷出現(xiàn)不同程度的幫鼓、底鼓等問(wèn)題，部分已經(jīng)影響使用，因4條大巷作用重大、服務(wù)年限長(zhǎng)，需要針對(duì)4條大巷開(kāi)展維修加固工程，使巷道圍巖穩(wěn)定，維護(hù)巷道斷面，保障長(zhǎng)期安全使用。新增輔運(yùn)巷與新增回風(fēng)巷之間凈煤柱寬度15.5m，新增回風(fēng)巷與膠帶巷之間凈煤柱寬度15m，膠帶巷與輔運(yùn)巷之間凈煤柱寬度15m。

4條大巷位置關(guān)系如圖1所示。

圖1 4條大巷位置關(guān)系示意圖

3 原注漿和錨索補(bǔ)強(qiáng)方案

3.1 原注漿方案

4m孔：鉆孔上、中、下排矩形布置。上排孔距頂板0.5m，仰角6°；中排孔距上排孔1.2m，仰角0°；下排孔距中排孔1.2m，仰角0°；如果下排孔距離底板超過(guò)1.7m，在下排孔和底板中間位置補(bǔ)打一個(gè)鉆孔。排距2m，孔徑42mm。

8m孔：鉆孔上、中、下排矩形布置。上排孔距頂板1m，仰角10°；中排孔距上排孔1.2m，仰角0°；下排孔距中排孔1.2m，仰角0°；如果下排孔距離底板超過(guò)1.5m，在距底板0.5m 的位置補(bǔ)打一個(gè)鉆孔。排距2m，孔徑42mm。4m、8m孔布置方式詳見(jiàn)附圖2所示。

圖2 4m、8m鉆孔調(diào)整后布置形式

注漿材料及水灰比：采用雙液注漿材料，注漿水灰比（0.6～0.8）∶1，巷幫破碎嚴(yán)重，漏漿嚴(yán)重時(shí)適當(dāng)降低水灰比，巷幫裂隙不發(fā)育，注漿難度較大時(shí)，可增大水灰比；封孔時(shí)建議水灰比（0.6～0.7）∶1。

注漿設(shè)備：三條進(jìn)風(fēng)巷采用ZBYSB40/22-7.5kW液壓注漿泵，QB260攪拌桶進(jìn)行制漿注漿，回風(fēng)巷可以采用液壓注漿泵或者2ZBQS25-6 礦用氣動(dòng)注漿進(jìn)行注漿。

封孔深度：淺孔封孔深度應(yīng)在0.5～1m；深孔封孔深度應(yīng)在1.5～2m。

注漿方式：全部鉆孔采用埋孔口注漿管，孔內(nèi)下花管，全長(zhǎng)一次注漿施工。淺孔4m，注漿孔花管長(zhǎng)度2m；深孔8m，注漿孔花管長(zhǎng)度為2m。

注漿壓力：淺孔注漿終止壓力4～6MPa，深孔注漿終止壓力6～10MPa，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行調(diào)整。

注漿施工過(guò)程中，必須保證注漿壓力，出現(xiàn)局部漏漿時(shí)采取相應(yīng)措施，堵漏或壓水后復(fù)注，漏漿嚴(yán)重導(dǎo)致停注的區(qū)域補(bǔ)打注漿孔。

3.2 原錨索補(bǔ)強(qiáng)方案

頂板錨索形式和規(guī)格：錨索材料為?22mm，1×19結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度、低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)，長(zhǎng)度5300mm，鉆孔直徑?30mm。錨固方式：加長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力錨固，采用一支MSK2335和兩支MSZ2360樹(shù)脂錨固劑錨固，錨固長(zhǎng)度1970mm。錨索托板：采用300mm×300mm×16mm高強(qiáng)度可調(diào)心托板及配套鎖具，承載能力不低于550kN。錨索布置：未有錨索支護(hù)的兩排錨桿之間打設(shè)4 根錨索，間距1400mm；已有錨索支護(hù)的兩排錨桿之間打設(shè)2 根錨索，與已有錨索間距1200mm。錨索排距1000mm，全部垂直頂板巖層打設(shè)。錨索預(yù)緊力250～300kN。

圍巖錨索形式和規(guī)格：錨索材料為?22mm，1×19結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度、低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)，長(zhǎng)度5300mm，鉆孔直徑?30mm。錨固方式：加長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力錨固，采用一支MSK2335和兩支MSZ2360樹(shù)脂錨固劑錨固，錨固長(zhǎng)度1970mm。錨索托板：采用300mm×300mm×16mm高強(qiáng)度可調(diào)心托板及配套鎖具，承載能力不低于550kN。錨索布置：每排打4 根錨索，錨索間距1100mm，排距1000mm，垂直巷幫打設(shè)。網(wǎng)片規(guī)格：采用鋼筋網(wǎng)片護(hù)幫，規(guī)格為2000mm×1200mm，每排每幫兩片網(wǎng)片相互勾接，并用雙股16#綁絲相連。錨索預(yù)緊力150kN。

4 存在問(wèn)題

目前正在新增回風(fēng)巷實(shí)施注漿和錨索補(bǔ)強(qiáng)，注漿按照方案中的4m、8m 兩組孔深實(shí)施，幫錨索長(zhǎng)度4.3m，同時(shí)調(diào)研了膠帶巷現(xiàn)場(chǎng)情況，存在的主要問(wèn)題如下：

（1）現(xiàn)場(chǎng)注漿水灰比偏高。實(shí)際水灰比約1∶1，主要問(wèn)題是工人擔(dān)心堵管，刻意調(diào)大水灰比，水灰比過(guò)大一方面造成凝固速度減慢，漏漿問(wèn)題突出，另一方面雖然可以凝固，但強(qiáng)度偏低，于注漿效果十分不利；

（2）注漿竄孔嚴(yán)重。注漿鉆孔按間排距布置集中打設(shè)，間距較小，由于內(nèi)部裂隙十分發(fā)育，注漿時(shí)竄孔嚴(yán)重；

（3）膠帶巷臨近新增回風(fēng)巷一側(cè)施工困難。膠帶巷臨近新增回風(fēng)巷一側(cè)大部分區(qū)域幫部鼓出十分嚴(yán)重，離皮帶架很近，空間不足，且不計(jì)劃進(jìn)行擴(kuò)幫，人員可以勉強(qiáng)可以進(jìn)入，但無(wú)法打孔注漿，也無(wú)法打鉆施工錨索；

（4）新增回風(fēng)巷幫錨索錨固力不足。由于錨索補(bǔ)強(qiáng)和注漿單獨(dú)作業(yè)，由于煤柱變形量大，內(nèi)部裂隙十分發(fā)育，錨索施工時(shí)，錨固端無(wú)有效著力點(diǎn)，導(dǎo)致錨固力嚴(yán)重不足。

5 注漿優(yōu)化

5.1 水灰比優(yōu)化

注漿加固體強(qiáng)度是保障注漿加固效果的重要因素，大巷注漿加固必須保證材料強(qiáng)度，從而提高圍巖整體強(qiáng)度，才能達(dá)到良好的效果，必須保證水灰比，設(shè)計(jì)水灰比0.8∶1，每桶加8～9袋料，最低不能少于8袋。

5.2 注漿竄孔優(yōu)化

為保證注漿效果，減少竄漿，建議采用循環(huán)注漿方式。

（1）設(shè)置每20m巷道長(zhǎng)度為一個(gè)注漿循環(huán)，每個(gè)循環(huán)內(nèi)先（打）注4m孔，后（打）注8m孔。

（2）鉆孔施工順序。先打下部鉆孔，再打中部鉆孔，最后打上部鉆孔。鉆孔施工時(shí)。下部孔施工采用間隔打孔方式，有利于防止漏漿，實(shí)施完畢后，再返回實(shí)施中間排鉆孔，下部孔全部實(shí)施完畢后，再依次往上施工。

（3）間隔打孔方式下，注漿和打鉆不沖突，可同步進(jìn)行。

5.3 膠帶巷側(cè)注漿優(yōu)化

膠帶巷臨近新增回風(fēng)巷一側(cè)空間不足，造成注漿鉆孔施工困難。針對(duì)無(wú)法施工鉆孔、插管注漿困難的問(wèn)題，計(jì)劃從新增回風(fēng)巷一側(cè)施工深孔，從新增回風(fēng)巷對(duì)膠帶巷煤柱側(cè)進(jìn)行注漿。

從新增回風(fēng)巷一側(cè)施工鉆孔，第1 個(gè)孔先打穿煤柱，測(cè)試煤柱實(shí)際寬度，剩余鉆孔可以根據(jù)測(cè)試的實(shí)際煤柱寬度設(shè)計(jì)孔深，保證膠帶巷一側(cè)留下2～3m 的止?jié){墻。

鉆孔布置：布置上下兩排，上排距離頂板1m，下排距離底板1m，同排鉆孔之間間距2m。鉆孔深度12m。鉆機(jī)采用手持風(fēng)鉆、麻花鉆桿，孔徑42mm，如果手持風(fēng)鉆無(wú)法滿(mǎn)足施工要求（深度不夠）時(shí)，換用架柱式鉆機(jī)，孔徑50mm。

5.4 新增回風(fēng)巷巷幫錨索施工

對(duì)于新增回風(fēng)巷和膠帶巷之間煤柱，寬度15m 左右，采用對(duì)穿錨索方案。錨索布置間排距不變，施工對(duì)穿鉆孔，安裝錨索，錨索長(zhǎng)度建議15.5m 左右，從新增回風(fēng)巷一側(cè)張拉預(yù)緊，達(dá)到雙側(cè)補(bǔ)強(qiáng)目的。該方式預(yù)緊力大小不受注漿影響，先注漿后再進(jìn)行錨索施工，否則錨索孔會(huì)成為將來(lái)漏漿通道，對(duì)穿錨索安裝剖面如圖3所示。

圖3 對(duì)穿錨索補(bǔ)強(qiáng)示意圖（單位：mm）

為了防止煤柱變形過(guò)大對(duì)穿錨索出現(xiàn)破斷彈出，在對(duì)穿錨索安裝后，需要對(duì)對(duì)穿錨索進(jìn)行注漿全長(zhǎng)錨固。具體實(shí)施步驟如下：

（1）施工對(duì)穿錨索鉆孔；

（2）將對(duì)穿錨索從新增回風(fēng)巷一側(cè)穿入，在膠帶巷一側(cè)穿出，在膠帶巷一側(cè)安裝鎖具和托盤(pán)；

（3）在新增回風(fēng)巷一側(cè)，鉆孔內(nèi)塞入1根1216鋁塑管，長(zhǎng)度8m 左右，在孔口填塞棉紗，填塞深度越大越好，做好封孔工作；

（4）安裝托盤(pán)鎖具。托盤(pán)采用特制托盤(pán)，在錨索眼旁邊10mm 左右位置開(kāi)一小孔，孔徑16～20mm，安裝托盤(pán)時(shí)，將錨索從錨索眼穿過(guò)，將鋁塑管從小孔穿過(guò)，上鎖具，張拉預(yù)緊，注意不要破壞鋁塑管；

（5）利用氣動(dòng)注漿泵管路連接鋁塑管，采用雙液注漿材料，水灰比（0.6～0.8）∶1，對(duì)錨索孔進(jìn)行注漿；

（6）注滿(mǎn)為止，注漿終止壓力設(shè)計(jì)約4MPa左右，注漿完畢后，將鋁塑管彎折，避免漿液泄露，30min左右注漿材料強(qiáng)度即達(dá)到設(shè)計(jì)值。如果發(fā)現(xiàn)張拉預(yù)緊過(guò)程中，對(duì)鋁塑管會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重破壞，導(dǎo)致無(wú)法注漿，則需要調(diào)整工藝，將錨索從膠帶巷一側(cè)穿出后，先在膠帶巷一側(cè)孔口填塞棉紗封孔，然后再安裝托盤(pán)鎖具，在新增回風(fēng)巷一側(cè)填塞棉紗和鋁塑管，先注漿，注漿完畢可以將鋁塑管剪斷，再上普通托盤(pán)鎖具，張拉預(yù)緊。但此種方式錨索并非全長(zhǎng)預(yù)緊，效果不好，非必要情況下不建議采取。

6 結(jié)束語(yǔ)

寺河礦為了避免受構(gòu)造應(yīng)力、采動(dòng)影響、間隔煤柱小等影響的集中巷道影響工作面正產(chǎn)回采，對(duì)巷道原支護(hù)注漿加固方案提出了有效的優(yōu)化方案，有效保證了工作面的安全生產(chǎn)，避免了巷道底鼓、幫鼓對(duì)工作面生產(chǎn)的影響，受構(gòu)造應(yīng)力、采動(dòng)影響、間隔煤柱小等影響。