防膨脹超細注漿材料在煤礦井下泵房維護中的應用實踐

祖賀軍

摘要：超細防膨脹注漿材料具有超細、防膨脹、高強、早強、防滲透、可注性好、穩定性好等特性，優于普通水泥及化學注漿材料；注漿加固效果的數值模擬及現場工程應用效果研究表明，超細防膨脹注漿材料可以有效改善破碎圍巖的性質，恢復圍巖的強度，維護巷道的穩定性，有利于井下安全生產的正常運行。

Abstract： Ultrafine anti-swelling grouting material with ultra-fine， anti-swelling， high strength， early strength， anti-permeability， good note， good stability， is better than ordinary cement and chemical grouting materials； Study on numerical simulation and field application effect of grouting reinforcement effect shows that ultrafine anti-swelling grouting material can effectively improve the properties of broken rock， restore the strength of rock， maintain the stability of the roadway， and it is conducive to the safety operation of underground production.

關鍵詞：超細防膨脹；注漿材料；維護巷道

Key words： ultrafine anti-swelling；grouting material；maintenance roadway

中圖分類號：TD265.4 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）04-0090-02

0 引言

現有注漿材料大致可分為化學注漿材料、水泥注漿材料、綠色注漿材料三大類。化學注漿材料的優點在于漿液粘度低，可注性好。但成本高、配方復雜，且毒性較大，污染環境，耐久性也較差，僅應用于用量較小的特殊局部加固。綠色注漿材料有利于大量工業廢渣變廢為寶，減少環境污染，但加工制作技術尚不成熟，施工工藝較為復雜，難以大面積推廣。水泥注漿材料的優點在于無毒、無環境污染、強度高、成本低、配制方便、操作簡單，在目前注漿工程中應用較多。但是，普通水泥顆粒粒徑較大（一般為10μm～80μm），流動性低、可注性差、強度低以及漿體成分造成圍巖中的黏土礦物吸水膨脹、軟化，限制了其在加固、補強、止水注漿工程中的應用。

南屯礦區開采歷史較長，目前已進入深部煤炭資源開采階段。由于深部巷道工程所處的高的地應力環境，尤其復雜環境產生高構造應力，以及多水平開采造成的開采動壓影響，使得深部巷道圍巖節理裂隙極為發育、巖體結構極為破碎，從而造成支護難度增大，大量巷道需要翻修，嚴重威脅礦井安全生產。因此，針對傳統圍巖注漿材料可注性差、強度低以及漿體成分造成圍巖中的黏土礦物吸水膨脹、軟化，難以實現加固圍巖、恢復圍巖強度的問題，結合南屯煤礦深部巷道支護實際條件，展開深部巷道圍巖防膨脹超細注漿材料的研制與應用研究，對于實現礦井安全高效開采具有重大的理論與現實意義。

1 概述

南屯煤礦-670泵房位于九采區，泵房圍巖以泥巖為主，其巖層可分為三層：①灰黑色泥巖，致密性脆，塊狀結構，厚層狀構造，垂直節理發育，含磷鐵質結核，巖石較破碎。②淺灰色鋁質泥巖，鮞狀結構質較純，手觸有滑感，遇水膨脹，含植物根部土石較多。③灰黑色泥巖，致密性脆，塊狀結構，厚層狀構造，含磷鐵質結核垂直節理較發育，局部有滑面，巖石較破碎。

泵房始建于上世紀九十年代末，原有支護形式為錨網噴+鋼架。至今已使用了十幾年。由于使用時間較長，且受周邊工作面采動影響，水泵房應力水平較高，圍巖變形較大，水泵放置段頂板下沉，片幫嚴重，部分鋼架已破壞，圍巖及支護破壞較嚴重。

2 防膨脹超細注漿材料加固支護效果分析

結合泵房支護設計實際情況，采用鉆孔窺視測試進行注漿效果監測分析。通過鉆孔窺視，觀察泵房注漿后圍巖裂隙情況，并與相應孔注漿前實驗結果對比，更好的了解防膨脹超細水泥注漿及普通注漿材料對破碎圍巖的改善情況。

借助YB-II型鉆孔窺視儀對測站1至測站5五個測站進行了圍巖結構鉆孔窺視錄像，并對現場的鉆孔窺視錄像資料進行了整理，得到了注漿前各個測站相應的窺視圖像，由于篇幅限制，僅選取1號孔（見圖1）。

由圖1可知，1號孔所處位置巷道2.0m以內圍巖十分破碎，2.0m以外仍存在大節理。

通過五個測站圍巖鉆孔窺視情況可以確定，泵房巷道圍巖很破碎，大部分部位節理發育，孔口巖石十分破碎，使巖體的承載能力大幅降低，這是導致泵房變形、失穩的直接原因。

采用防膨脹超細注漿材料對泵房圍巖進行加固注漿后，利用鉆孔窺視儀觀察巷道的圍巖的裂隙填充情況，由于篇幅限制，僅選取1號孔的填充效果（見圖2）。

對比超細注漿材料注漿加固后圍巖鉆孔窺視情況與注漿前圍巖可知，超細注漿材料的注漿加固整體較好，效果非常明顯，有效地填充了圍巖的裂隙，改善了巷道圍巖的特性。

為對比防膨脹超細注漿材料與普通水泥注漿材料的注漿效果，現場進行了一段普通水泥的注漿加固試驗。測站6所處位置為普通水泥注漿加固試驗段，對其加固后的圍巖狀況也進行了鉆孔窺視試驗測試（圖3）。

由圖3可以看出，雖然普通水泥注漿后對圍巖裂隙的有一定的改善效果，但圍巖節理充填不充分，充填加固效果明顯不如超細防膨脹注漿材料注漿后效果。

3 結論

綜上所述，南屯煤礦-670泵房采取防膨脹超細注漿材料加固后，由于注漿加固了泵房周邊圍巖，提高了泵房周邊圍巖的強度及整體性，從而使泵房受上覆工作面采動影響時其變形較小，滿足了泵房的正常使用，現場工程應用取得了良好效果。由此可見，超細防膨脹注漿材料可以有效改善破碎圍巖的性質，恢復圍巖的強度，維護巷道的穩定性，有利于井下安全生產的正常運行。

南屯煤礦泵房采用防膨脹超細注漿材料進行返修支護，取得了明顯的經濟效益，現場工程應用及數值分析研究表明，在原有支護形式下，泵房受采動壓力影響，變形顯著，普通硅酸鹽水泥注漿難以滿足巷道穩定的要求，返修頻繁；某些化學注漿材料性能可以滿足要求，但價格昂貴。僅從支護材料成本計算，使用超細防膨脹注漿材料每米成本與使用普通硅酸鹽水泥大致持平，比使用化學注漿材料節約大量資金，經濟效益十分明顯。

參考文獻：

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