破碎軟巖巷道注漿加固技術在香山礦的研究與應用

摘要：本文以平煤香山礦-450丁組專回下山碰到的松軟破碎煤巖為對象，根據地質資料和現場勘查情況，采用理論與試驗相結合的方法進行估算；通過采用改性普通硅酸鹽水泥和高強高性能超細普

通硅酸鹽水泥基注漿材料，并運用先進的施工技術，對平煤香山礦-450專回上山的破碎松軟煤巖進行注漿加固，使其達到預期效果。

關鍵詞：破碎軟巖 注漿加固 井巷工程

1 工程概況

香山礦-450丁組專回下山永久性巷道是處于擔負丁組采區回風的考慮設計而成的，服務年限到丁戊組采區丁組采面回采結束為止。這條巷道布設在地質狀況良好的丁戊組采區保安煤柱內，開口標高和終點標高設計分別為-447.946m、-405.515m，坡度設計為13°，頂板依次是灰色泥巖及砂質泥巖，上部夾薄煤層，灰色細至中粒砂巖，底板依次為灰色泥巖、砂質泥巖、灰色上部細砂巖，粉砂巖，下部砂質泥巖。-450丁組皮帶下山地質條件與-450丁組專回上山相似。香山礦-450丁組專回下山為矩形斷面，凈寬×凈高=3600×2400mm，S掘=8.96m2，S凈=7.68m2；水溝掘進斷面0.15m2，支護形式為錨、網、梁、索、噴支護，錨桿直徑20mm，長度2000mm，頂板錨桿間排距850×850mm、幫部錨桿間排距700×850mm，錨索直徑17.8mm，長度7000mm，單排布置，間距1800mm，鋼筋梯梁用φ12鋼筋加工而成，只支護頂板，噴漿配比1：2：2；砼強度不低于150#。由于成巷后頂板出現破碎冒落，壓力顯現明顯，破碎圍巖形成大量網兜。為加強圍巖穩定性，巷道支護在采用錨網噴加鋼筋梯梁、錨索聯合支護系統基礎上，對巷道極破碎的圍巖進行注漿加固，有效改善巷道圍巖條件，形成可靠的錨固結構，是確保礦井安全生產的基礎。

2 巷道注漿加固機理

破碎軟煤巖巷道本身由于松軟破碎，再加上礦山壓力的周期來壓作用，原有的圍巖弱面縱深拓展，同時產生新的裂隙，圍巖狀態不佳，除了有膨脹、松動、破碎以及較大的變形以外，來壓強烈，而且流變時間長。工程隊考慮通過改善圍巖結構和支護形式來提高圍巖性能。對于破碎煤體、高應力區域，在普通支護手段基礎上采取加強支護，以提高維護質量。以注漿加固的形式優化巷道圍巖結構，提高圍巖強度，是通過實踐探索出的改善破碎軟巖巷道支撐性能的有效策略。圍巖注漿加固是將混凝土漿液注入圍巖弱面，使弱面充填體與四周巖體重新膠結形成整體，以優化圍巖結構，改善其力學性能，從而提高巖體的整體強度。目前這種注漿加固方式已廣泛應用在圍巖巷道施工中，應用效果在工程實踐中得到了充分驗證。通過對破碎軟煤巖巷道進行注漿加固，提供合理的支護阻力，適應圍巖變形，有效保持圍巖穩定。

3 施工方案

3.1 注漿孔布置 注漿孔布置形式：先對兩幫頂底角進行加固，預留2.0m×1.5m間排距，垂直頂板布置兩排注漿孔，預留1.6m×1.5m的間排距，頂、底角鉆孔向上、下傾斜30°，鉆孔呈三花狀錯開布置，每個斷面布設的鉆孔數量為4個；注漿孔用風鉆打眼，孔深3m，孔徑設計為φ45mm。

3.2 注漿材料 分別采用了普通硅酸鹽水泥基注漿材料和超細普通硅酸鹽水泥基注漿材料。普通硅酸鹽水泥基注漿材料漿液組成：為PC 42.5水泥基注漿材料，配以專用注漿外加劑膨脹劑和減水劑。外加劑為膨脹劑和高效奈系減水劑的混合物，兩者比例為6：1，外加劑按水泥用量的0.5～1%摻加。注漿時采用單液注漿。水灰比采用0.5～0.8。超細普通硅酸鹽水泥基注漿材料漿液組成：為超細

PC 42.5水泥基注漿材料，配以專用外加劑。外加劑按水泥用量的0.5～0.8%摻加。注漿時也采用單液注漿。水灰比采用0.5～1.0。

3.3 注漿工藝 采用氣動雙液注漿泵注漿。用水泥加速凝劑封孔，將注漿管插入孔洞后封堵孔口，封孔長度為0.4m。注漿時，為防止噴層開裂，必須將注漿壓力控制在2.0～3.0MPa，且注漿擴散半徑不超過2.0 m，每米巷道注漿量不宜超過2t，初期支護完成后再開始注漿時間，圍巖變形問題是難免的，輕度變形基本不會破壞圍巖結構，可在高應力充分釋放后再注漿加固，具體根據圍巖變形監測結果確定。根據地質狀況、現場環境確定注漿順序應該從底板向上間隔跳躍注漿。現實條件下，可通過深淺孔配合注漿形式整體加固破碎煤巖；對于裂隙發育，存在跑漿、冒漿風險的巖體，可先進行淺部注漿，形成“止漿墻”，然后深部注漿，確保深部漿液擴散范圍和注漿壓力。

3.4 施工工藝 ①根據設計要求的施工順序和參數信息，在指定的位置打注漿孔；連接注漿泵壓風和注漿管路，開壓風運轉注漿泵；攪拌機開機試運行，檢查其運行性能；現場運輸車隊負責把注漿材料運至攪拌機附近。②注漿泵每次發動設備前，都要查看本機油箱中液壓油液位是不是正常，行程開關是不是緊固，如有不符，應及時處理；在設備運轉中，操作人員應常常查看液壓體系壓力是不是安穩、油溫溫長是不是過快、過高，是否漏油或吸空；設備中液壓油每12-18月替換一次，以利于體系安穩作業；根據設計比，先將水和外加劑加入攪拌桶攪拌，三五分鐘后摻入水泥，攪拌十分鐘。③孔口管連接注漿管路，起動注漿泵開始注漿；待注漿壓力/注漿量達到設計結束標準，將壓風關閉停泵，完成單孔注漿；將孔口注漿管拆除，依次連接其他的注漿孔注漿，指導完成終孔注漿。④拌和注漿材料時可摻入適量的水，再次起動注漿泵進行清洗，當注漿管流出清水后停止清泵。

4 操作要點及注意事項

4.1 打孔 先開展鉆孔作業，每次按設計鉆孔位置（巷兩幫上下角）并排打4個3m深的鉆孔，鉆孔上下預留2m的間距。傾角向上、向下都為30°。注漿管要事先用棉布條在第一個出漿孔前端部位繞匝捆綁，布條寬度約5cm，捆匝粗度略小于打孔直徑。當鉆桿拔出注漿孔后，應盡快放入注漿管，防止碎巖塌落堵塞注漿孔。孔口注漿管應該全部伸入孔內，管的一端伸出孔外約10cm的長度與注漿管連接，以確保注漿孔能夠封堵嚴密。與此同時，拌和水泥膏要與打孔同步。水泥膏不能太稀，摻有少量早強劑，進行封孔，用細木棍將水泥膏推入放入注漿管后的注漿孔中，封孔深度30cm～40cm。

4.2 漿液拌制 事先計算攪拌機容量，先加入清水和所需外加劑進行攪拌，時間3～5min。然后緩慢加入水泥，加料過程中要把板結的水泥塊調出來，防止堵塞注漿泵，不停攪拌10min。

4.3 送漿注漿 將攪拌好的漿液通過攪拌機上的出漿管放入儲漿桶內，檢查管路連接狀況，起動注漿泵送漿。注漿過程中，斷開注漿管（膠管）和鐵管的連接，先快速開啟注漿泵2min左右，待漿液全部充滿注漿管（膠管）后，連接注漿管（膠管）和鐵管，關小注漿泵調節注漿速度。每完成一次送漿，需拆卸送漿管洗泵，直至有清水流出再與送漿管連接開始下一次注漿。完成整體的注漿任務后，用清水洗泵洗管以備后用。

5 加固效果及經濟效益分析

通過對注漿段和未注漿段的巷道累計變形相比，注漿段巷道圍巖變形程度明顯小于未注漿段圍巖變形，尤其是在巷道高度變形速率上對比明顯。注漿段巷道觀測點高度變形速率最大為0.12mm/d，而未注漿段觀測點的高度變形速率均大于0.2mm/d，最大為0.425mm/d。因此，錨注加固（錨桿支護、噴漿支護、注漿加固支護的組合）是一種理想的改善軟破碎軟煤巖巷道承載性能的措施，也可對破碎嚴重的純煤、純巖軟弱巷道進行有效的支護。

根據以往平頂山天安煤業有限公司香山礦的支護費用情況，巷道采用錨網噴注漿聯合支護以500m的支護距離、15年的服務年限和傳統支護每年維修0.7次計算，該注漿加固支護段可在15年內可以為香山礦帶來的經濟效益約為509萬元。

6 結束語

隨著煤礦開采深度增加，礦井圍巖控制問題日益突出，圍巖壓力加大，巷道圍巖控制難度越來越大，巷道變形、失穩已成為制約礦井高產、高效、安全生產的重大問題。與其他支護方式相比，注漿是加固圍巖的一種有效方法，往往與其他支護形式結合起來，不僅改善圍巖巖性和應力分布，而且大大縮小圍巖變形，減輕支護結構承受的外載壓力，改善支護結構的受力情況，大幅度提高圍巖穩定性。減少了巷道維修量，為煤礦井巷施工節約了很大的成本，起到了不可低估的作用。

參考文獻：

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