采用注漿技術提高破碎巷道圍巖整體穩定性

李飛

摘要：介紹小回溝煤礦通過巷道圍巖采用注漿提高巷道道圍巖整體穩定性，注漿的目的是充填遭到破壞的巷道圍巖內部裂隙，將破碎圍巖進行重新組合，提高破碎圍巖的承載能力，同時恢復或構成完整的巖體結構，進而形成連續的結構體。注漿加固是整個加固的基礎，有利于后期補打錨桿錨索加固時錨固力的傳遞，大幅度提高加固質量和效果。

Abstract： This paper introduces the grouting technology in the Xiaohuigou Coal Mine to improve the overall stability of surrounding rock. The purpose of grouting is to fill the internal cracks of the surrounding rock of the roadway that has been damaged， and to recombine the broken surrounding rock to improve bearing capacity of the broken surrounding rocks， at the same time to restore or constitute a complete rock mass structure， and then form a continuous structure. Grouting reinforcement is the basis of the entire reinforcement， which is conducive to the transmission of anchoring force when reinforcing the anchor bolts in the later period， and greatly improves the quality and effectiveness of reinforcement.

關鍵詞：巷道圍巖;破壞嚴重;巷道圍巖注漿;承載能力

Key words： surrounding rock of roadway;serious damage;grouting of roadway surrounding;bearing capacity

中圖分類號：TD265 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）13-0141-03

1 工程特征

山西小回溝煤礦由于礦井埋深大、圍巖條件差、地質構造發育，已掘大巷圍巖破壞嚴重，主要表現為強烈底鼓、兩幫移近和頂板下沉，巷道圍巖破壞嚴重。大巷圍巖普遍破壞深度達到3.5m以上。現場采取“刷幫、拉底、補打錨索”的方式對發生嚴重破壞的大巷圍巖進行修復。由于巷道淺部圍巖已經發生了明顯的松動和破壞，圍巖破碎嚴重，修復過程中造成巷道刷擴斷面過大和局部頂板冒落（兩幫片落）嚴重的現象，西輔運大巷多處刷擴后的寬度達到7.5m以上，超大斷面巷道形成后極不利于圍巖的穩定。另外，礦井4條大巷修復時相互影響明顯，隨著巷道淺部破碎圍巖的不斷刷擴，相鄰大巷間的煤（巖）柱承受的支撐壓力不斷加大，圍巖穩定難度較大。

2 巷道圍巖結構觀測

通過對礦井大巷修復區域進行了圍巖結構觀測工作。本次觀測工作在礦井西大巷及2301工作面運輸巷道附近區域共打設鉆孔21個，其中有12個鉆孔淺部圍巖極其破碎，塌孔嚴重，造成鉆孔窺視探頭無法獲取鉆孔圖像。

現場窺視塌孔狀況描述：

①二采區變電所開口西30m處右幫（北幫、與變電所間19m煤柱內）：鉆孔過程中，淺部1.5m范圍內出現嚴重卡鉆現象，預計嚴重塌孔深度1.5m;

②二采區變電所開口西30m處左幫（南幫，與運輸大巷間25m煤柱內）：塌孔深度1.5m范圍之內;

③二采區變電所開口東20m處左幫（南幫，與運輸大巷間25m煤柱內）：塌孔深度2m;

④泵房開口東25m處右幫（北幫，與一號回風大巷間煤柱內）：塌孔深度0.5m;

⑤一號回風大巷與采區變電所交叉口向東20m處左幫（南幫，與變電所間9m煤柱內），打設3個鉆孔，均嚴重塌孔，塌孔深度集中在1.5～2.0m之間。

⑥二號回風大巷西部尾巷聯巷向東105m處右幫（北幫，與運輸大巷34m煤柱內）2個鉆孔塌孔，向東160m右幫（北幫）2個鉆孔塌孔，塌孔深度均在1.5～2.0m之間。

⑦2031運輸順槽2301工作面運輸順槽聯巷口向北60m位置處，左幫打設鉆孔，鉆孔在1.5m范圍內出現明顯卡鉆，卡鉆深度1.5m左右。

現場能夠獲得的部分圍巖結構圖像的鉆孔窺視結果如下：

①主變電所。

②運輸大巷（采區泵房附近）。

鉆孔圍巖結構觀測結果可以看出：所測區域巷道圍巖普遍破碎嚴重，巷道兩幫破碎深度達到4m，尤其以變電所和水泵房附近圍巖破碎最為明顯，多數鉆孔2.0m范圍內圍巖極其破碎;巷道頂板圍巖普遍松軟破碎，鉆孔淺部圍巖破壞深度在4～5m之間，鉆孔深部圍巖雖然結構相對完整，但是存在大量細小裂隙和明顯鉆痕，說明深部圍巖較為軟弱。

3 破碎圍巖注漿

破碎圍巖注漿加固時，破碎圍巖被注入漿液后，會將其內部裂縫進行充填，同時膠結已經開裂破壞的圍巖，如此便可消除掉已經形成的圍巖內部的裂隙，將圍巖恢復成一個具有完整結構的連續體。隨著漿液結石體不斷注入到圍巖中，當其強度達到一定程度后，在高應力作用下，能夠有效降低圍巖內部開裂造成的損失。由此可知，注漿加固是一種有效加固圍巖的手段，其前提是改變破碎圍巖內部結構，結果表明，其不僅具有良好的加固圍巖的效果，還能夠最大限度地降低圍巖內部裂隙區擴容破壞的發展，且還可以增強破碎圍巖的可錨性，提供充足的錨固力為錨桿錨索支護貢獻力量。

4 注漿材料的選擇

現階段世界范圍內注漿加固都是一種常見的措施，其材料種類繁多，從性質上劃分，可將其分為兩大類，分別是懸浮液型漿材和溶液型漿材。在具體的選用過程中應結合多項因素合理選擇，包括注漿的目的、造價、施工技術、圍巖條件等，科學確定漿材及漿液配比。

4.1 水泥基漿材 硅酸鹽類水泥是一種常見的注漿材料，其特點是注漿設備品種齊全、抗滲性較好、成本較低、工藝設備簡單、材料來源豐富、耐久性好、結石強度高等，因此被廣泛應用在各類工程中。但同時該材料在使用過程中也存在一定弊端，包括結石率低、凝結時間不易控制、擴散半徑小、漿液容易離析沉淀、漿液難以注入細小裂隙或孔隙中等。該材料的這些缺點使得其適用范圍大大縮減，且加固質量也大打折扣，為能夠適用更多工程，應采取有效措施改善水泥漿液的性質。一般情況下，可將普通水泥漿液分為兩類，一是單液水泥漿;二是水泥—水玻璃雙液漿。其中水泥—水玻璃雙液漿就不存在上述結石率低、凝結時間不易控制、凝結時間長等缺點，可合理選用。需要注意的是該漿液要求在正式開始注漿前，應先進行細致的試驗測定和試驗，將與之相關的各項關鍵指標確定下來，包括水泥漿與水玻璃的體積比、水玻璃的濃度、水灰比等。

4.2 化學基漿材 化學基漿材主要指有機高分子化學注漿材料，如脲醛樹脂、環氧樹脂、聚氨酯等。該材料的優勢是凝膠時間可調、抗滲性高、固結性能好、滲透能力強等，但不可否認該材料也同時具備諸多劣勢，包括價格較貴、對環境存在一定污染、耐久性較差、結石體強度較低等。目前主要用于極破碎圍巖巷道的超前加固，在巷道二次加固或維修中應用較少。

針對小回溝煤礦大巷圍巖條件，確定注漿材料應以結石體強度相對較高、耐久性好、抗變形能力強的水泥基無機注漿材料為主，在局部裂隙開度較大的部位先可采用水泥—水玻璃雙液漿進行淺孔注漿，封堵淺部裂隙及破碎圍巖;然后再深孔高壓注入水泥漿，加固深部圍巖。對于服務年限較長且局部出現滲水的永久大巷和硐室，應在水泥漿液加固的基礎上，注入一定的化學漿液，一方面填補水泥漿無法進入的巖石微小裂隙;另一方面起到堵水的作用，減輕服務期間水對圍巖強度的影響。

5 注漿參數的確定的注意事項

注漿壓力是漿液在圍巖中擴散的動力，它直接影響注漿加固質量和效果。注漿壓力的選擇應注意壓力過高會引起劈裂注漿，很可能在注漿過程中導致圍巖表面片幫冒頂等破壞。如壓力過小漿液難以向四周圍巖中擴散。因此，正確選擇注漿壓力及合理運用注漿壓力是注漿成敗的關鍵。一般情況下在注漿終止壓力在2～3MPa。巖石完全破碎、冒落時注漿壓力<0.5MPa;嚴重破碎情況時，注漿壓力<1MPa;裂隙開裂較小可采用1～2MPa。注漿施工過程中，必須保證注漿壓力，對于滲透性差的巖石，可以采用增密注漿孔的辦法。根出現局部漏漿時采取相應措施，堵漏或壓水后復注，漏漿嚴重導致停注的區域補打注漿孔。

為了防止注漿在圍巖裂隙孔隙發育的巷道內漿液泄漏，注漿時在控制注漿壓力和注漿量的同時，還要控制注漿時間。對于裂隙、孔隙、層位不發育的圍巖，吸漿速度較慢，漿液擴散較困難，為了提高注漿效果，在關注注漿壓力時適當延長注漿時間。漿液在巖石裂隙中的擴散是不規則的，隨著巖層滲透系數、裂隙寬度、注漿壓力、注入時間的增加，漿液擴散半徑而增大;隨漿液濃度和粘度的增加而減小。通常以調節注漿壓力、漿液注入量和濃度等參數來控制漿液擴散范圍，一般要求漿液擴散半徑在0.8～1.0m以上。

注漿孔沿巷道走向方向成排布置，排距2.0m，幫部孔間距2.0m、頂板孔間距2.2m，相鄰注漿孔呈“三花”布置，每排布置7個/6個鉆孔。注漿孔間距一般需要現場試驗確定。對于巷道圍巖修復類的加固性注漿，由于眼淺，壓力低，孔間距一般在2～3m以內。注漿孔的間距應使相鄰兩個注漿孔的滲透范圍有一定交叉，所以孔間距應比二倍滲透半徑小，取大約0.65～0.75的系數。

采用錨桿鉆機打設注漿鉆孔，孔徑不低于42mm。孔深7000mm。注漿深度應深于破碎區邊緣進入峰后強度區較合適。注漿深度盡量深，有利于降低對注漿強度的要求，同時，此范圍裂隙發育，注漿條件好，注漿所需的壓力要求也低。

注漿孔角度：除巷道幫部底角注漿孔呈15°下扎角外，其余注漿鉆孔均垂直巷道表面打設。

封孔、注漿方式：全部鉆孔埋孔口注漿管（長度800mm的6分鋼管），外接球閥，孔內下射漿管，全長一次注漿施工。射漿管為外徑20mm的硬質白塑料管，每0.5m對開一組？準8～10mm的射漿口。深度7m的注漿孔配套射漿管長度6.0m。利用棉紗和水泥漿（或雙液漿）封孔，封孔長度不小于600mm。

現場施工過程中，注漿深度、注漿壓力、注漿孔布置等注漿參數根據現場圍巖條件和漿液擴散效果確定。注漿施工時，應根據圍巖條件、注漿效果、施工狀況及時調整加固方案，以確保工程加固效果。

6 總結

注漿的目的是充填遭到破壞的巷道圍巖內部裂隙，將破碎圍巖進行重新組合，提高破碎圍巖的承載能力，同時恢復或構成完整的巖體結構，進而形成連續的結構體，有利于后期錨桿錨索加固時錨固力的傳遞，大幅度提高加固質量和效果。也是保證加固質量的基本條件。

參考文獻：

[1]楊米加，陳明雄，賀永年.注漿理論的研究現狀及發展方向[J].巖石力學與工程學報，2001（06）.

[2]郭東明，李鐵，吳尚，何天宇，侯健，閆鵬洋，常宏.大傾角極軟厚煤巷圍巖破壞機理與支護參數優化[J].河南理工大學學報（自然科學版），2014（05）.

[3]楊仁樹，薛華俊，何天宇，李濤濤，王茂源，梁明.回采動壓影響下深井巷道變形破壞規律數值模擬研究[J].煤炭工程，2014（10）.