松軟煤層大斷面盤區(qū)大巷注漿加固技術(shù)

崔豪桐

(山西長(zhǎng)平煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 晉城 048000)

0 引言

長(zhǎng)平礦主采3#煤層，煤層強(qiáng)度低，節(jié)理、裂隙發(fā)育，平均厚度為5.75 m。礦井目前往西部三、五、六盤區(qū)延伸，煤層蓋山厚度達(dá)到600 m以上。根據(jù)礦井通風(fēng)、運(yùn)輸需要，三、五盤區(qū)大巷沿煤層頂?shù)装暹M(jìn)行掘進(jìn)，巷寬5.6 m，巷高5.8 m，斷面尺寸32.48 m2，巷道斷面較大，大巷設(shè)計(jì)保護(hù)煤柱尺寸為30 m，巷道采用全錨索進(jìn)行支護(hù)。受相鄰巷道掘進(jìn)影響，加上巷道斷面大，兩幫為軟弱煤體，導(dǎo)致巷道開(kāi)掘后兩幫就出現(xiàn)明顯位移[1-2]；而開(kāi)掘時(shí)間已經(jīng)較長(zhǎng)的巷道位移量更是迅速增大，不能滿足巷道的使用要求，需要進(jìn)行擴(kuò)刷幫處理，但由于巷道兩幫已經(jīng)產(chǎn)生了變形，幫部煤體內(nèi)部裂隙較發(fā)育，導(dǎo)致擴(kuò)幫支護(hù)過(guò)程中錨索預(yù)緊力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。

1 巷道變形原因分析

巷道變形原因主要有以下3個(gè)方面[3-6]。①巷道圍巖穩(wěn)定性差，變形持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)；巷道開(kāi)掘以后，一般1周內(nèi)在巷道表層形成小松動(dòng)圈，1～3個(gè)月后在巷道深部形成大松動(dòng)圈，使巷道煤壁煤體疏松破碎；②煤體與頂?shù)装逭辰Y(jié)力低，巷道頂幫交接處容易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性失穩(wěn)，頂幫交接段是變形管控的重點(diǎn)；煤體強(qiáng)度低，圍巖破碎膨脹后向外擠出，兩幫煤體軟弱，造成巷道圍巖抗變形能力較差；③巷道沿頂沿底掘進(jìn)，巷道高度大，巷道支護(hù)承載結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差，更容易產(chǎn)生兩幫臌出變形，不利于煤幫的穩(wěn)定；加之煤體結(jié)構(gòu)破壞后煤體錨固力低，支護(hù)高強(qiáng)度和高剛度難以實(shí)現(xiàn)，巷道掘進(jìn)后即容易發(fā)生兩幫臌出的現(xiàn)象，進(jìn)而對(duì)巷道頂板的失穩(wěn)也埋下隱患。

2 注漿加固方案

注漿加固采用“一巷一策、一段一策、一區(qū)域一策”的主導(dǎo)原則[7-9]，根據(jù)大巷圍巖變形情況、掘進(jìn)時(shí)間分段進(jìn)行分析，選擇適合巷道所屬區(qū)段的注漿施工方案。

2.1 注漿加固施工順序

初掘及變形小的巷道：按照先進(jìn)行淺部堵漏注漿、再進(jìn)行深孔注漿加固的方式進(jìn)行。即：先在巷道表面噴漿做止?jié){層，再施工淺孔注漿初注封堵圍巖外部裂隙，最后進(jìn)行深孔復(fù)注加固圍巖。注漿時(shí)要由下到上進(jìn)行，先進(jìn)行巷幫下部鉆孔注漿，然后進(jìn)行巷幫中上部鉆孔注漿。深孔注漿在淺孔注漿完成3 d后進(jìn)行。

變形大需擴(kuò)幫巷道：擴(kuò)幫維護(hù)前只進(jìn)行淺孔注漿，擴(kuò)幫噴漿后再進(jìn)行二次復(fù)注。即：淺孔注漿增大外部圍巖承載能力→煤壁擴(kuò)幫→錨索、網(wǎng)支護(hù)→噴漿支護(hù)→淺孔注漿→深孔注漿加固圍巖。

2.2 注漿鉆孔布置參數(shù)及施工順序

在大巷巷幫施工注漿鉆孔，深、淺孔間隔布置，淺孔與淺孔之間排距4 000 mm，深孔與深孔排距4 000 mm，深孔與淺孔排距2 000 mm；鉆孔每排布置3個(gè)，間距1 700 mm，最上一個(gè)鉆孔距頂板1 100 mm，最下一個(gè)鉆孔距底板1 300 mm；注漿孔巷幫靠近頂板的注漿孔上仰角度為10°，以使其能更好對(duì)頂幫交接段的圍巖進(jìn)行加固控制，巷幫其余鉆孔與巷幫垂直；鉆孔孔徑42 mm，淺孔孔深6 m，深孔孔深8 m。鉆孔布置參數(shù)如圖1所示。

圖1 巷幫注漿鉆孔布置圖

為杜絕注漿過(guò)程中漿液從臨近的注漿孔流出，造成臨近注漿孔堵塞作廢和漿液流失，現(xiàn)場(chǎng)采用分段大循環(huán)注漿方式，即注漿孔施工間隔距離不得小于20 m。

2.3 注漿方式及封孔

鉆孔完成后，采用埋孔口注漿管進(jìn)行注漿，孔內(nèi)下射漿管，全長(zhǎng)一次注漿施工。注漿管和射漿管均采用φ22 mm的無(wú)縫鋼管制作，鋼管壁厚3 mm，每根長(zhǎng)度2 000 mm，使用連接套進(jìn)行連接，射漿管上打射漿孔，孔間距不大于200 mm。注漿封孔深度為600～1 000 mm。實(shí)施時(shí)可以根據(jù)漏漿情況進(jìn)行調(diào)整，如漏漿較輕時(shí)可以減少封孔長(zhǎng)度，較大時(shí)可以適當(dāng)增加封孔長(zhǎng)度。封孔段采用麻繩纏繞在鋼管上，纏好后在水里將麻繩沾濕，以使麻繩能在孔內(nèi)迅速膨脹；同時(shí)在孔口段鋼管上纏繞棉紗，蘸上注漿料，將孔口棉紗背緊背實(shí)。

2.4 注漿材料

注漿采用P·O52.5級(jí)硅酸鹽水泥及水玻璃混合注漿加固。現(xiàn)場(chǎng)采用漿液攪拌桶攪拌配制，先按水∶水泥=1∶0.6～1∶1的比例將清水加入拌料桶內(nèi)，再按比例加入水泥，水泥要粗篩去除雜質(zhì)，放在攪拌容器內(nèi)，混合攪拌均勻，然后開(kāi)始注漿。水泥漿和水玻璃的體積比1∶0.4～1∶1，具體配比可在施工過(guò)程中根據(jù)巷道的漏漿情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。

2.5 注漿壓力

注漿壓力和擴(kuò)散半徑是一對(duì)相輔相成的參數(shù)，相互之間呈正比關(guān)系[10-11]。為保證漿液的擴(kuò)散半徑，淺孔注漿時(shí)，注漿泵壓力需達(dá)到3 MPa；深孔注漿時(shí)，注漿泵壓力需達(dá)到8 MPa。淺孔注漿時(shí)采用低壓低流緩慢注漿工藝，以便形成巷幫淺部完整止?jié){層，當(dāng)漏漿嚴(yán)重時(shí)，應(yīng)適當(dāng)降低注漿壓力；深孔注漿過(guò)程中，如果壓力持續(xù)低于5 MPa，要停止注漿，尋找漏漿點(diǎn)，并采用棉紗堵漏，堵漏后再繼續(xù)復(fù)注。漏漿嚴(yán)重導(dǎo)致停注的區(qū)域要補(bǔ)打注漿孔。

3 施工效果分析

為了分析巷幫注漿加固效果，采用鉆孔取芯和鉆孔窺視的方式對(duì)注漿加固效果進(jìn)行考察。

3.1 鉆孔取芯

對(duì)注漿的煤幫進(jìn)行鉆孔取芯，查看水泥漿充填效果，查看水泥粘結(jié)的裂隙強(qiáng)度情況，確定水泥漿液的合理配比，保證注漿效果的最大化，如圖2所示。從取芯情況看，水泥漿液可以將其擴(kuò)散半徑內(nèi)的煤體的縫隙基本充填完全；煤芯中一些細(xì)小的裂隙內(nèi)也能發(fā)現(xiàn)已經(jīng)風(fēng)干的水泥漿。從圖2(a)可見(jiàn)，水泥漿液將破碎的煤體粘結(jié)成塊，取芯的切割面過(guò)度平滑，水泥漿液粘結(jié)牢固。

圖2 鉆孔取芯圖

3.2 鉆孔窺視

采用鉆孔窺視的方法對(duì)注漿加固后漿液充填裂隙情況進(jìn)行觀察，如圖3所示。從窺視孔內(nèi)可以看到明顯的白色水泥漿液痕跡，痕跡順著孔內(nèi)的裂隙不規(guī)則分布，將煤幫內(nèi)的裂隙全部充填粘結(jié)，提高了煤幫的整體強(qiáng)度，有效縮短了松動(dòng)圈的延伸范圍，從而提高了煤幫的抗變形能力。由于淺孔注漿位于松動(dòng)圈內(nèi)，裂隙十分發(fā)育，因此可以看到十分明顯的充填痕跡，且水泥漿液擴(kuò)散區(qū)域大約在孔底前后1～1.5 m的范圍內(nèi)；深孔注漿正好處于煤幫的塑性區(qū)，比較于淺孔裂隙發(fā)育少，煤幫整體性強(qiáng)，因此漿液痕跡相對(duì)較少，充填區(qū)域成“細(xì)條狀”，其擴(kuò)散范圍大約為0.5～1 m。采用8 m和6 m的深淺孔注漿可以使巷幫煤體內(nèi)形成完整連續(xù)的注漿加固區(qū)。

a-3.5 m；b-5 m；c-8.5 m圖3 鉆孔窺視圖

4 結(jié)語(yǔ)

注漿加固是改善圍巖結(jié)構(gòu)，提高圍巖整體性，從而提高圍巖承載能力的重要技術(shù)手段。通過(guò)對(duì)松軟煤層盤區(qū)大巷圍巖變形原因的分析，結(jié)合巷道掘進(jìn)時(shí)間和圍巖變形情況，從不同變形巷道注漿加固施工順序、鉆孔布置參數(shù)、注漿和封孔方式及注漿壓力等方面形成一套完整的巷道注漿加固方案，實(shí)現(xiàn)了圍巖裂隙的有效充填，提高了巷道圍巖的自承載能力和圍巖的抗擾動(dòng)變形能力。