基于注漿技術(shù)的礦井巷道加固修復(fù)研究

高江濤

（潞安化工集團(tuán)阜生煤業(yè)，山西 晉中 030600）

我國(guó)是一個(gè)煤礦大國(guó)[1]，煤礦在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中占有重要地位，煤炭對(duì)于我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要的促進(jìn)作用，我國(guó)煤礦開采大部分屬于井工開采，井工開采需要開采大量的巷道，隨著我國(guó)開采深度的逐漸增加[2-3]，大部分礦井已進(jìn)入深部開采階段，深部開采面臨高地應(yīng)力的影響，對(duì)巷道產(chǎn)生影響，造成巷道的變形破壞，給生產(chǎn)造成了威脅，因此，需要進(jìn)行多次返修，而注漿技術(shù)是進(jìn)行圍巖加固的有效手段，對(duì)于圍巖穩(wěn)定具有很好的效果[4-7]。本文以山西寺河礦為試驗(yàn)礦井對(duì)其運(yùn)輸巷和膠帶巷進(jìn)行注漿加固治理。

1 工程概況

寺河礦東五盤區(qū)東翼輔助運(yùn)輸巷和膠帶巷為盤區(qū)主要巷道，服務(wù)于整個(gè)東五盤區(qū)，兩條巷道平行相鄰，輔助運(yùn)輸巷在膠帶巷南側(cè)。輔助運(yùn)輸巷南側(cè)依次為新掘的東五盤區(qū)東翼回風(fēng)1 巷、東五盤區(qū)東翼回風(fēng)2 巷、53033巷、5303工作面（已采），膠帶巷北側(cè)為100m寬煤柱，煤柱以北為53043巷、5304工作面。位置關(guān)系如圖1所示。其中，膠帶巷與東翼輔助運(yùn)輸巷之間煤柱寬度15m，東翼輔助運(yùn)輸巷與東五盤區(qū)東翼回風(fēng)一巷之間煤柱寬度10m，東五盤區(qū)東翼回風(fēng)一巷與東五盤區(qū)回風(fēng)二巷之間煤柱寬度10m，東五盤區(qū)回風(fēng)二巷與53033巷之間煤柱寬度35m。

圖1 工作面巷道位置布置圖

2 巷道破壞特征

受5303 工作面采動(dòng)影響，以及采空區(qū)側(cè)向支承壓力影響，目前東五盤區(qū)東翼輔助運(yùn)輸巷和膠帶巷變形破壞嚴(yán)重。其中輔助運(yùn)輸巷，原寬5m，8#橫川以里現(xiàn)寬3.6～3.8m，部分區(qū)域?qū)?.1m；11#橫川以里架棚支護(hù)，棚腿為U型鋼，巷高僅剩2.6～2.7m，22#～23#橫川范圍巷高不足2m，寬3.6m，輔助運(yùn)輸巷北幫為15m煤柱，北幫錨索受力小，說明北幫15m煤柱已經(jīng)屈服破壞，錨索隨煤幫發(fā)生整體位移。

東五盤區(qū)輔助運(yùn)輸巷需要過膠輪車等大型設(shè)備，從破壞情況來看，東五盤區(qū)輔助運(yùn)輸巷不能正常使用，膠帶巷情況略好，但同樣無法正常使用，需要采取治理措施。

3 巷道治理原則及修復(fù)思路

3.1 巷道治理原則

（1）巷道兩幫是注漿加固的重要區(qū)域，防止兩幫圍巖變形量大導(dǎo)致巷道無法使用。

（2）兩條巷道之間的保護(hù)煤柱已經(jīng)處于完全屈服破壞狀態(tài)，應(yīng)作為加固的重點(diǎn)，必須對(duì)保護(hù)煤柱進(jìn)行注漿加固，同時(shí)，在進(jìn)行圍巖擴(kuò)幫時(shí)選擇另外一邊進(jìn)行施工作業(yè)[8-10]。

（3）由于兩條巷道之間的保護(hù)煤柱已經(jīng)處于屈服破壞狀態(tài)，處于極不穩(wěn)定狀態(tài)，應(yīng)先進(jìn)行注漿加固作業(yè)再行擴(kuò)幫，同時(shí)，巷道變形破壞深度較大，為了防止在進(jìn)行圍巖擴(kuò)幫時(shí)發(fā)生片幫事故，要進(jìn)行一定深度的注漿加固，當(dāng)漿液凝固保護(hù)煤柱穩(wěn)定后在進(jìn)行擴(kuò)幫作業(yè)[11-13]。

（4）由于煤體表層極度破碎，為了防止深部注漿過程中漏漿造成注漿材料的浪費(fèi)，應(yīng)在深度注漿前先對(duì)圍巖表層進(jìn)行注漿，形成止?jié){層，有效降低漿液漏失量[14-15]。

（5）采動(dòng)影響下極易造成底鼓的發(fā)生，5304工作面處于開采過程中，其極易造成相鄰巷道發(fā)生底鼓，因此，為了防止二次底鼓清理的發(fā)生，應(yīng)在5304工作面回采結(jié)束后再進(jìn)行。

3.2 巷道修復(fù)思路

3.2.1 膠帶運(yùn)輸巷治理思路

輔助運(yùn)輸巷與膠帶運(yùn)輸巷位置關(guān)系如圖2所示。

圖2 輔助運(yùn)輸巷與膠帶運(yùn)輸巷位置關(guān)系

（1）北幫淺孔注漿后擴(kuò)幫。在巷道北幫進(jìn)行淺孔注漿，采用雙液速凝注漿材料，注漿鉆孔深度4m，加固擴(kuò)幫深度范圍的煤體，淺孔注漿完畢后擴(kuò)幫；

（2）北幫注漿加固。注漿錨桿和注漿錨索配合，采用雙液速凝注漿材料全長(zhǎng)錨固，注漿錨索長(zhǎng)度6m；

（3）南幫噴漿注漿。在巷道南幫和東五盤區(qū)輔助運(yùn)輸巷北幫噴漿，噴漿層厚10cm，噴漿后采用超細(xì)水泥注漿材料注漿加固，注漿后采用8m 長(zhǎng)錨索補(bǔ)強(qiáng)，或者采用16m長(zhǎng)錨索對(duì)煤柱對(duì)穿補(bǔ)強(qiáng)。

3.2.2 輔助運(yùn)輸巷治理思路

（1）南幫淺孔注漿后擴(kuò)幫。在巷道南幫進(jìn)行淺孔注漿，采用雙液速凝注漿材料，注漿鉆孔深度4m，加固擴(kuò)幫深度范圍的煤體，淺孔注漿完畢后擴(kuò)幫；

（2）南幫注漿。注漿錨桿和注漿錨索配合，采用雙液速凝注漿材料全長(zhǎng)錨固。注漿錨索長(zhǎng)度6.3m；

（3）北幫注漿。北幫為15m寬煤柱，在北幫噴漿，同時(shí)在膠帶運(yùn)輸巷南幫噴漿，厚度10cm，噴漿后采用超細(xì)水泥注漿材料注漿加固，注漿鉆孔深度8m，然后采用8m長(zhǎng)錨索補(bǔ)強(qiáng)，或者采用16m長(zhǎng)錨索對(duì)煤柱對(duì)穿補(bǔ)強(qiáng)；

（4）頂板注漿。對(duì)頂板變形破壞嚴(yán)重的區(qū)域噴漿，噴漿后施工鉆孔注超細(xì)水泥注漿材料；

（5）底板加固。打底角注漿鉆孔，加固底角。

4 巷道治理技術(shù)

膠帶運(yùn)輸巷和輔助運(yùn)輸巷在巷道南北幫治理基本一致，將二者治理技術(shù)進(jìn)行整合。

4.1 北幫注漿擴(kuò)幫

為保證巷道斷面能夠滿足使用，首先對(duì)北幫進(jìn)行擴(kuò)幫，由于煤體破碎，為防止擴(kuò)幫過程中出現(xiàn)煤幫大面積片幫或者擴(kuò)幫成型不規(guī)則，需要先對(duì)北幫擴(kuò)幫范圍注漿加固。淺部注漿鉆孔布置上、下兩排鉆孔，“三花”布置，上排孔距離頂板1m，下排孔距離上排孔1m，上排孔仰角15°，下排孔垂直于煤幫，兩排鉆孔間距均為4m，設(shè)計(jì)孔深4m，采用?42mm 孔徑，見圖3。注漿材料使用無機(jī)雙液注漿材料，組成材料全部為無機(jī)礦粉，具備不自燃、無毒、無腐蝕、無污染特性，是完全環(huán)保型注漿材料，是一種快凝、早強(qiáng)型注漿材料，同時(shí)也具備較強(qiáng)的可注性，較為適合巷道破碎圍巖、采掘工作面注漿加固需要，性能主要表現(xiàn)為快凝、早強(qiáng)、高滲透性、結(jié)石率高等特性，凝結(jié)時(shí)間和膠結(jié)強(qiáng)度可調(diào)。水灰比使用0.8∶1，8h抗壓強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度可達(dá)到12.9MPa、2.8MPa，結(jié)石率可達(dá)100%，漿液擴(kuò)散半徑為3～6m[16-17]。

圖3 淺孔注漿鉆孔布置圖

4.2 南幫噴漿注漿

幫頂注漿加固前，必須對(duì)幫頂進(jìn)行噴漿封閉，避免注漿漿液外流，影響注漿效果。噴射混凝土厚度100mm，噴漿強(qiáng)度C20，噴射混凝土?xí)r，噴層不得出現(xiàn)赤腳、穿裙、蜂窩等現(xiàn)象；噴射拌料必須嚴(yán)格按照比例配制，C20噴射混凝土配比，水泥∶黃砂∶石粉=1∶2∶2（重量比），水灰比為0.45，每立方米C20混凝土用量（kg/m3），水泥433kg，黃砂886kg，石子886kg；拌好的混凝土上噴漿機(jī)時(shí)，摻入速凝劑，摻和量為水泥重量的4%。

為減小施工量，南幫全部噴漿，頂板只噴一半范圍。為了防止輔助運(yùn)輸巷北幫漏漿，對(duì)輔助運(yùn)輸巷北幫和一半頂板也要采取噴漿措施。在南幫施工注漿鉆孔，布置上、下兩排，“三花”布置，上排孔距離頂板1m，下排孔距離上排孔1m，兩排孔均垂直于煤幫打設(shè)，兩排鉆孔間距均為6m，設(shè)計(jì)孔深12m，采用?42mm 孔徑。注漿材料使用單液，該材料3d 抗壓強(qiáng)度可達(dá)26MPa，滲透半徑5～8m。南幫采用錨索補(bǔ)強(qiáng)，長(zhǎng)錨索對(duì)15m 煤柱對(duì)穿加固，錨索間排距設(shè)計(jì)為1.5m×1.5m。使用鎮(zhèn)江長(zhǎng)城注漿設(shè)備有限公司的ZBYSB40/22-7.5 型液壓注漿泵，注漿壓力0～22MPa，最大流量40L/min，在泵隨注漿壓力變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)排漿量時(shí)，能自動(dòng)保持兩種漿液的配比不變。與之配備的攪拌桶使用的是型號(hào)QB260的煤礦用氣動(dòng)式攪拌桶，該攪拌桶具有重量較輕、易于移動(dòng)的、適用于經(jīng)常變換地點(diǎn)的注漿施工的優(yōu)點(diǎn)，注漿壓力設(shè)置為8MPa 左右，注漿過程中應(yīng)注意壓力不可過大，防止破壞噴漿層，注漿量原則上注滿為止，當(dāng)達(dá)到注漿壓力上限或者漏漿難以封堵時(shí)，停止注漿，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)單孔注漿量在80袋左右，如果平均注漿量遠(yuǎn)小于此值，應(yīng)重新開孔注漿。南幫注漿鉆孔布置如圖4所示，錨索補(bǔ)強(qiáng)鉆孔布置如圖5所示。

圖4 南幫注漿鉆孔布置圖

圖5 錨索補(bǔ)強(qiáng)示意圖

4.3 頂?shù)装逯卫?/h3>

對(duì)于頂板破碎區(qū)域，在周邊10m范圍噴漿，向頂板開孔注漿。鉆孔采用深淺孔交替布置形式，淺孔每排3個(gè)鉆孔，排距3m，鉆孔深度3m，中間孔垂直于頂板，兩側(cè)鉆孔與頂板夾角45°，鉆孔直徑為42mm；在兩排淺孔之間進(jìn)行深孔施工，排距3m，每排3 個(gè)鉆孔，鉆孔深度均為8m，與淺孔布置方式相同，鉆孔直徑為42mm。對(duì)于底板，如果現(xiàn)階段能夠滿足使用，先不清底，等5304工作面回采完畢，先清底，在煤幫注漿時(shí)增加一排底角鉆孔，底角鉆孔與水平面夾角45°，孔深4m，孔徑42mm，現(xiàn)場(chǎng)施工可根據(jù)原錨桿、錨索以及瓦斯抽放孔的施工情況局部調(diào)整位置，應(yīng)盡量施工在空擋區(qū)域，且距錨索、瓦斯抽放孔有適當(dāng)距離。頂?shù)装邈@孔布置分別如圖6和圖7所示。

圖6 頂板鉆孔布置示意圖

圖7 底板鉆孔布置示意圖

5 治理效果

治理結(jié)束后采用十字交叉法對(duì)七邊形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，注漿后原不穩(wěn)定煤巖體在漿液的作用下形成穩(wěn)定的整體，起到很好加固作用，巷道服務(wù)周期長(zhǎng)，巷道返修頻率低，巷道變形小，兩幫以及頂?shù)装逦灰屏啃。_(dá)到很好的穩(wěn)固作用，有效降低了巷道維修工程以及成本。

6 結(jié)語

通過向煤巖體內(nèi)部注漿形成的結(jié)石體，能夠大大提高圍巖的穩(wěn)定性，其應(yīng)力特征得到改變，兩幫以及頂?shù)装逦灰屏啃?，改善了井下作業(yè)環(huán)境，確保巷道長(zhǎng)期穩(wěn)定安全，對(duì)于類似條件下的同類型巷道治理與施工提供參考。