地下煤礦軟巖巷道注漿支護技術探究

曲友軍

中煤平朔集團有限公司

地下煤礦軟巖巷道注漿支護技術探究

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地下煤礦開采過程中，通常會采用支護技術來保持軟巖巷道的結構穩定性，為生產作業提供安全保障。注漿支護技術相對于傳統支護技術更具優勢。利用注漿支護技術能夠維持軟巖巷道圍巖的完整性及穩定性。漿液可在圍巖縫隙當中擴散并填充，從而與圍巖形成一個整體，能夠進一步提升巖體的強度。在地下煤礦軟巖巷道應用注漿支護技術的過程中，注漿材質的合理篩選及處理會直接影響到注漿支護的整體性能，是施工過程中需要關注的一個重點。

煤礦；軟巖巷道；注漿支護

1 軟巖巷道變形破壞特征

地下煤礦軟巖主要是指強度較低的巖體，包括松散巖體、流變巖體、破碎巖體、高地應力巖體等。軟巖具有膨脹性、崩解性、觸變性及流變性等特征，受各種特征綜合作用影響會造成軟巖工程變形、失穩，甚至是結構性破壞。軟巖巷道變形破壞的影響因素較多，主要包括以下幾個方面[1]：（1）巖性因素。圍巖無論是工程特性，還是力學性質，均不理想。由于巖體內部節理裂隙發育，因此巖體強度進一步下降。同時，巷道施工過程中，受動壓影響，圍巖破碎區域面積會不斷擴大，導致圍巖更容易與水接觸，會產生更為明顯的鼓脹、軟化，可能會造成巷道嚴重變形。（2）風化作用。泥質巖在正常狀態下并不會發生崩解，但脫水干燥并再次浸水后便會出現鼓脹，導致其自身強度下降。（3）工程應力。施工過程中，構造應力、支承應力、變形壓力、鼓脹壓力等均會對圍巖結構的穩定性產生一定影響。因此，需要結合不同的施工環境及施工條件，篩選合適的施工方案，才能保證軟巖巷道的穩定性。

2 軟巖巷道支護原則

在應用軟巖巷道支護技術的過程中，要保證軟巖結構的穩定性，就必須確認軟巖復合變形力學機制，并且要合理篩選復合型變形力學機制相關的轉化技術，將復合型變形力學機制轉變為單一型[2]。同時，在具體應用軟巖巷道支護技術的過程中要遵循以下幾個原則：（1）根據圍巖壓力實際情況選取針對性的支護方法，并通過提升圍巖自穩定性，讓圍巖的力學性質及應力分布狀態得到改善。（2）要保證支護剛度、支護時間的合理性。（3）結合圍巖與支架結構的相互關系，對巷道加固系統及支護系統進行合理設計。（4）對巷道圍巖超挖進行有效控制，盡可能降低震動對圍巖結構穩定性的影響。

3 軟巖巷道注漿支護技術及相關材料性能分析

3.1 軟巖巷道注漿支護技術

注漿支護技術是一種新型的支護技術，與傳統支護技術相比，注漿支護技術可有效改善圍巖松散的結構，并提升圍巖粘聚力。同時，注漿能夠把圍巖裂隙融入圍巖當中，可提高裂隙面摩擦阻力，有利于控制圍巖位移，促使圍巖整體性提升，進而提升圍巖強度及穩定性。注漿支護技術的關鍵在于圍巖節理裂隙發育程度及結構狀態。通常情況下，節理裂隙發育松散及結構較為疏松的巖層能夠獲得較為理想的注漿效果。相關研究表明，經過注漿工藝處理后，泥頁巖、粉砂巖的強度可增加2倍以上，砂巖強度的增加幅度高達60%以上[3]。另外，注漿技術還能夠提升巖層密度，有利于保持巖層結構的穩定性。多數情況下，軟巖巷道圍巖表面會受到一定程度破壞，并且會形成破碎帶。由于注漿主要是在圍巖內部進行，為了保持圍巖表面的穩定性，還需要配合支架共同維護。

3.2 注漿材質性能分析

注漿材質的性能對注漿支護技術的成效會產生直接影響。目前，在地下煤礦軟巖巷道應用注漿支護技術的過程中，注漿材料主要分為兩個類型，即有機膠凝材料及無機膠凝材料。從性能角度來看，有機膠凝材料整體性能優于無機膠凝材料，但有機膠凝材料成本較高，經濟性并不理想。因此，實際施工當中多以無機膠凝材料為主。硅酸鹽水泥是一類較為常見的無機膠凝材料，其主要成分包括硅酸二鈣、鋁酸三鈣、硅酸三鈣等。對于硅酸鹽水泥而言，硅酸三鈣水化會對硅酸鹽水泥四周內強度產生直接影響；而硅酸二鈣四周后才能發揮強度作用。相對于以上兩者，鋁酸三鈣強度發展較快，一至三天便能達到一定強度，但整體強度并不高。相關實驗表明，在不同水灰比條件下，注漿材料的凝結時間及強度會表現出一定的差異。硅酸鹽水泥注漿材料早期幾乎沒有強度，當水灰比為1時，3d后強度大概為1.3Ma。通過相關實驗可知，在高水灰比條件下硅酸鹽水泥注漿材料的凝結效果并不理想，無法滿足注漿支護的需求。除了硅酸鹽水泥外，硫鋁酸鹽水泥也是一種較為常見的注漿材料。硫鋁酸鹽水泥主要成分為鋁土。將鋁土磨細后，將其煅燒為熟料。所獲得的熟料與石膏進行配制，便可得到膠凝材料。相關研究表明，將硫鋁酸鹽水泥熟料與一定量的石膏進行配制，所獲得的雙液注漿材料性能較優，具有較為理想的早期強度。

3.3 超細化對注漿材料的影響

對注漿材料進行超細化處理，能夠進一步改善注漿材料的性能，提升圍巖結構的穩定性。經過超細化處理，水泥的可注性進行一步提升，其注漿性能得到改善。超細化處理后，水泥顆粒粒徑會明顯減小。盡管需水量會上升，但整體流動性會下降。通用使用高效減水劑，促使漿體流動性能提升。同時，可適當增大水灰來提升超細化水泥的流動性。水泥顆粒粒徑愈小，也就意味著其凝固后具有更好的抗壓強度與抗滲強度。經壓力脫水后，超細化水泥強度是常壓下的5倍，其性能得到了大幅度提升。在實施超細化工藝過程中，要注意材料體積收縮。由于水泥顆粒較小，其收縮程度會有所上升，被注體與漿體之間的粘結性則會下降，會對實際注漿效果產生影響。因此，要采取一定手段控制材料體積收縮，以獲得良好的注漿效果，保證結構的穩定性。

4 結語

總體上來看，地下煤礦軟巖巷道作業過程中，采取注漿支護技術以便獲得更好的支護效果。在應用注漿支護技術過程中，要結合施工環境篩選合理的材料及配比，并可采取超細化工藝對注漿材料進一步處理，從而獲得更優的性能，為支護結構穩定性提供保障。

[1]謝拓.煤礦軟巖巷道支護技術的研究及發展[J].科技與企業, 2014（02）：155-156.

[2]馬文超.煤礦軟巖巷道支護技術的研究及發展[J].科技資訊, 2014（15）：96.

[3]孟飛.煤礦軟巖巷道支護技術的研究及發展[J].山東工業技術,2014（22）：79.