长平公司大巷注浆加固技术研究

杨文晖

(晋城煤业集团 长平煤业有限责任公司，山西 高平 048400)

1 大巷开掘现状

长平矿井大巷设计保护煤柱中—中为35 m，净煤柱不足30 m，帮顶均采用全锚索进行支护，受相邻巷道掘进影响，加上巷道断面大，两帮为软弱煤体，导致巷道开掘后两帮就出现明显位移；而开掘时间已经较长的巷道位移量更是迅速增大，不能满足巷道的使用要求，需要进行扩刷帮处理，但由于巷道两帮已经产生了变形，帮部煤体内部裂隙较发育，导致扩帮支护过程中锚索预紧力达不到设计要求。

为了提高巷道后期变形的控制能力，在巷道开掘围岩破碎形成裂隙通道后，在下一次围岩趋于稳定状态之前，采用注浆加固方式补填围岩裂隙，重塑巷道围岩的完整性，提升围岩承载能力。

2 巷道变形原因分析

1) 巷道围岩稳定性差，变形持续时间长。巷道开掘以后，一般1周内在巷道表层形成小松动圈，1～3月个后在巷道深部形成大松动圈，使巷道煤壁煤体疏松破碎。

2) 巷道变形主要表现为：两帮严重挤出，呈结构性失稳；巷道断面大，巷高为煤层厚度，煤体与顶底板粘结力低，巷道顶帮交接处容易产生结构性失稳，顶帮交接段是变形管控的重点；煤体强度低，围岩破碎膨胀后向外挤出，两帮煤体软弱，造成巷道围岩抗变形能力较差。

3) 巷道沿顶沿底掘进，巷道高度大，巷道支护承载结构稳定性差，更容易产生两帮鼓出变形，不利于煤帮的稳定；加之煤体结构破坏后煤体锚固力低，支护高强度和高刚度难以实现，巷道掘进后即容易发生两帮鼓出的现象，进而对巷道顶板的失稳也埋下隐患。

3 注浆加固的施工

3.1 注浆材料的选择

采用P·O 52.5级硅酸盐水泥及水玻璃混合注浆加固。

3.2 注浆加固施工顺序

按照先进行浅部堵漏注浆、再进行深孔注浆加固的方式进行。即：巷道表面喷浆做止浆墙—4 m孔注浆初注封堵围岩外部裂隙→8 m孔复注加固围岩。注浆时要由下到上进行，先进行巷帮下部钻孔注浆、然后进行巷帮中上部钻孔注浆。深孔注浆在浅孔注浆完成3 d后进行。

3.3 注浆孔的施工

1) 注浆孔采用防突钻机或煤帮钻打孔，孔径42 mm；浅孔孔深4 000 mm，深孔孔深8 000 mm，保证浆液能穿过巷道围岩松动圈，深入围岩的弹塑性区，见图1。

2) 浅孔与浅孔排距4 000 mm，深孔与深孔排距4 000 mm，深孔与浅孔排距2 000 m。钻孔每排布置三个，间距1 700 mm，最上一个钻孔距顶板1 100 mm，最下一个钻孔距底板1 300 mm；注浆孔巷帮靠近顶板的注浆孔上仰角度为10°，以使其能更好对顶帮交接段的围岩进行加固控制，巷帮其余钻孔与巷帮垂直，见图2。

3) 为杜绝注浆过程中浆液从临近的注浆孔流出，造成临近注浆孔堵塞作废和浆液流失，现场采用分段大循环注浆方式。即注浆孔施工间隔距离不得小于20 m。

图2 注浆孔施工布置

3.4 注浆液的配置和比例

现场采用浆液搅拌桶搅拌配制，先按水∶水泥=1∶0.6～1∶1的比例将清水加入拌料桶内，再按比例加入水泥，水泥要粗筛去除杂质，放在搅拌容器内，混合搅拌均匀，然后开始注浆。水泥浆和水玻璃的体积比1∶0.4～1∶1，具体配比可在施工过程中根据巷道的漏浆情况进行调节。

3.5 注浆方式

钻孔完成后，采用埋孔口注浆管进行注浆，孔内下射浆管，全长一次注浆施工。注浆管和射浆管均采用D22 mm的无缝钢管制作，钢管壁厚3 mm，每根长度2 000 mm，使用连接套进行连接，射浆管上打射浆孔，孔间距不大于200 mm。

3.6 封孔深度及要求

注浆封孔深度为600～1 000 mm。具体实施时可以根据漏浆情况进行调整，如漏浆较轻时可以减少封孔长度，较大时可以适当增加封孔长度。封孔段采用麻绳缠绕在钢管上，缠好后在水里将麻绳沾湿，以使麻绳能在孔内迅速膨胀；同时在孔口段钢管上缠绕棉纱，蘸上注浆料，将孔口棉纱背紧背实。

3.7 注浆压力和扩散半径

确定浅孔注浆时，注浆泵压力需达到为3 MPa；深孔注浆时，注浆泵压力需达到8 MPa。根据工程经验，注浆压力和扩散半径是一对相辅相成的参数，相互之间呈正比关系。现场采用注浆试验的办法确定注浆压力和扩散半径，根据扩散半径及时调整注浆排距，使扩散半径前后的覆盖范围能有不少于200 mm的重叠，以保证注浆全覆盖效果。浅孔注浆时采用低压低流缓慢注浆工艺，以便形成巷帮浅部完整止浆层，当漏浆严重时，应适当降低注浆压力；深孔注浆过程中，如果压力持续低于5 MPa，要停止注浆，寻找漏浆点，并采用棉纱堵漏，堵漏后再继续复注。漏浆严重导致停注的区域要补打注浆孔。

4 注浆质量检测与验证

对已经注浆巷道进行打孔窥视、钻孔取芯以及矿压观测等多种手段对大巷围岩注浆效果进行了系统性的观测和研究。

4.1 煤帮打孔窥视效果

对煤帮进行打孔窥视的主要目的是为了验证水泥浆液在煤帮裂隙中的扩散效果，对深孔和浅孔的间排距参数设置，注浆泵压力设置等主要施工参数进行反向验证。相关窥视结果如图3。

图3 煤体注浆效果窥视

从窥视孔内可以看到明显的白色水泥浆液痕迹，痕迹顺着孔内的裂隙不规则分布，将煤帮内的裂隙全部充填粘结。

4.2 煤帮钻孔取芯效果

对注浆的煤帮进行钻孔取芯，查看水泥浆充填效果，查看水泥粘结的裂隙强度情况，确定水泥浆液的合理配比，保证注浆效果的最大化，见图4。

图4 五盘区排矸巷取芯

从取芯情况看，水泥浆液可以将煤体内的缝隙基本充填完全；将煤芯敲开观察，一些细小的裂隙内也能发现已经风干的水泥浆。从中间图观察，水泥浆液将破碎的煤体粘结成块，取芯的切割面过度平滑，水泥浆液粘结牢固。

5 结 语

水泥注浆加固的方式，相比较于传统的扩帮、锚杆锚索补强支护维护方式的优势是：可以将破碎离层的煤体充填粘结，提高煤帮的整体强度，扩大塑性区与弹性区的延伸范围；有效减缓巷道围岩变形速度，控制巷道围岩变形量，提高巷道两帮煤体承载能力，从而为巷道顶板的管理起到积极作用，保证了井下生产系统的安全，具有广阔的应用前景。