軟巖巷道壁后注漿加固在馮營礦應用的效果分析

摘要：焦煤集團馮營礦2404回采區(qū)段2404集中巷，巷道圍巖破碎，巷道側壓大，變形嚴重，通過巷道壁后注漿加固，改善了巷道圍巖力學性質，為后期巷道安全掘進工作提供了有利條件，為礦井高產(chǎn)高效提供了一項實用技術。

關鍵詞：壁后注漿 注漿加固 注漿工藝

1 工程概況

2404集中巷垂深為330～320m，井下標高-233.903

～-211.900m。老頂為細砂巖，厚6.57m；直接頂為灰黑色粉砂巖，厚10.27m；偽頂為黑色質軟泥巖、灰白色粉砂巖，厚0.2～2m；直接底為灰黑色粉砂巖，厚9.86m；老底為灰黑色細砂巖，厚4.66m。2404集中巷統(tǒng)尺310～620m巷道兩幫為采空區(qū)。巷道自開掘以來，巷道支護支架由于礦壓影響多次變形，屢次變更巷道支護形式，仍不能徹底解決該問題。2011年10月，為解決2404集中巷變形、底鼓，在2404集中巷310～620m段支護采用3.6×2.7mU29鋼支架+注漿。2404集中巷受2404、2406工作面采空區(qū)采動影響，圍巖比較破碎，需對其進行加固，以保證巷道圍巖的穩(wěn)定性。

2 巷道巖體裂隙影響及壁后注漿固化機理

2.1 巷道圍巖裂隙來源 造成巷道裂縫主要有兩方面的原因：第一，巖體在巷道開挖之前就已經(jīng)存在軟面，包括巖體形成過程中產(chǎn)生的層理、節(jié)理面以及受地殼運動產(chǎn)生的構造裂縫等，由于這種裂縫在沉積巖中以緩傾斜分布為主，因此從宏觀上控制著巷道圍巖的穩(wěn)定性；第二，受到巷道開挖以及采動產(chǎn)生的新裂縫，這些裂縫由于受到應力的變化導致巷道周圍掩體破裂，這些破裂面與原來的裂縫在巷道的開挖過程中受到風化的影響進一步發(fā)育直接影響巷道圍巖的穩(wěn)定性。巷道巖體裂隙在受到裂隙水等其他因素的影響，進一步發(fā)育造成圍巖破碎，巷道頂板下沉，巷道底板底鼓等巷道變形現(xiàn)象的產(chǎn)生，直接影響到礦井正常生產(chǎn)。

2.2 壁后注漿固化機理 巷道壁后注漿固化的機理：第一，增大弱面的摩擦力相當于提高了圍巖的內(nèi)摩擦力和黏聚力，因此增大了巖塊內(nèi)相對位移的阻力從而提高了穩(wěn)定性；第二，漿液流入裂縫中后就會經(jīng)過固結而封閉裂縫，這樣水就不會通過裂縫滲入巖體而軟化圍巖；第三，破碎松散的巖體經(jīng)過漿液會重新膠結成一個整體，從而形成了一個承受外載的注漿帷幕帶，使之與巷道支架共同承載巷道周圍的壓力，從而減少了巷道變形。

2.3 壁后注漿加固作用

2.3.1 提高巖體強度。為了改善弱面的力學性能提高裂隙的黏聚力和內(nèi)摩擦角，注漿時都是利用壓力把漿液壓到圍巖體的裂縫中去，這樣就增大了巖體內(nèi)部巖塊之間相對位移的阻力，從而提高了圍巖的整體穩(wěn)定性。有關研究表明注漿可以提高破裂后砂巖的強度，能夠提高破裂后粉砂巖和頁巖強度的1～3倍。

2.3.2 形成承載結構。通過注漿加固可以使破碎的巖塊重新膠結成整體而形成一個整體的承載結構，這樣圍巖就具有了一定的自穩(wěn)能力，與巷道支架共同作用就減輕了支架的載荷。有關研究表明，巷道圍巖注漿加固后可使巷道支架載荷降低2/3～4/5，如圍巖與支架協(xié)調(diào)變形時，巷道支架載荷將降低3/4～5/6。

2.3.3 改善圍巖賦存環(huán)境。對破碎的巷道圍巖注漿后可以封閉裂隙，這樣就阻止了水、氣等侵入巖體內(nèi)部而有效的防止了水害還風化，能夠保持圍巖力學性質長期穩(wěn)定。同時，注漿后圍巖的滲透性為注漿前的1/10～1/100。

3 壁后注漿加固參數(shù)設計及施工工藝

3.1 注漿基本原則 巷道的表面經(jīng)常在注漿前進行噴層來封閉圍巖面，噴層既可以作為注漿的墊層，又可以起到防止漏漿的作用，但是實際中噴層并不是完整的，因此注漿過程中漏漿是必然的。為了減少漏漿，除了改善漿液性能提高凝結時間外，調(diào)低注漿壓力也會有很明顯的作用。裂縫和注漿孔的交叉程度決定了注漿結果的好壞，由于巷道裂縫發(fā)育分布具有很強的隨機性，因此巷道注漿的間排距應該考慮漿液的擴散范圍的交叉性。

3.2 注漿參數(shù)設計

3.2.1 注漿孔間排距布置。一般情況下注漿孔的排距可以設計為3～4m，設計應使2個注漿孔滲透距離存在交叉。根據(jù)該地區(qū)圍巖的具體特點和加固施工工藝，取0.7的注漿系數(shù)，即排距為3m，采用注漿孔間排距為1.5m×3.0m，注漿孔角度與巷壁角度呈90°，注漿管由拱頂向兩邊布置，布置位置為正頂一根，兩幫各兩根，每組5根。

3.2.2 注漿孔深度。注漿孔深度主要取決于巷道圍巖破碎程度及破碎范圍。通過經(jīng)驗公式估算該巷道圍巖裂隙發(fā)育范圍r：

r=（0.78+2.13γH/Rc）a

式中γ—巖石的容重

H——巷道的埋深

Rc——頂板及兩幫巖石單軸抗壓強度

a——巷道的半徑

根據(jù)該巷道的實際圍巖破壞情況及我礦注漿實踐情況，工程實踐中一般設計取2.0m左右。結合該地區(qū)的實際情況，取注漿孔深1.5m，選用的注漿管為2寸鋼管加工焊制而成，注漿使用水泥為P.C32.5普通硅酸鹽水泥。

3.2.3 注漿壓力。巷道壁后注漿壓力取決于圍巖的滲透性、漿液的流動性。巷道淺孔注漿一般不超過2.0MPa。

3.3 施工工藝 標孔→鉆孔→檢查孔質量→安裝注漿管→封孔→準備注漿→開泵注漿→凝固→檢查注漿質量→驗收。

3.4 注漿施工工藝要求 為保證注漿加固施工質量和施工安全，在注漿施工中應注意以下事項

4 礦壓觀測分析

為了觀測巷道壓力顯現(xiàn)程度，在2404集中巷300m注漿巷道范圍內(nèi)，每隔50m布置一個測點，共布置5個測站，采用“十字斷面法”觀測巷道的兩幫變形量，底鼓量和頂板下沉量。注漿前后巷道表面的收斂變化圖如下圖所示：

通過上圖我們可以看出注漿前平均底速度、兩幫移近量和頂板的下沉速度分別為4.29 mm/d、1.71mm/d和1.54mm/d，注漿后的速度分別變?yōu)?.56mm/d、0.42 mm/d和0.41mm/d。因此，注漿前后巷道的底板底鼓量、兩幫移近量和頂板的下沉量的變化速度明顯的趨近平穩(wěn)。此外，從注漿前后巷道表面收斂的變現(xiàn)速度也可以發(fā)展注漿后三項指標的變化速度明顯小于注漿前并且趨于平穩(wěn)。從巷道表面位移觀測結果可以看到，壁后注漿對控制巷道變形的效果非常顯著。

5 結語

通過對2404集中巷310～620m段進行壁后注漿加固施工，對巷道破碎圍巖進行加固，使之成為整體，提高了圍巖的力學性能和承載能力，為保證礦井安全生產(chǎn)提供了有力的條件，是煤礦井下巷道維護的非常實用技術。

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作者簡介：

劉林濤（1989-），男，河南商丘人，助理工程師，現(xiàn)從事煤礦技術管理工作。