礦井冒落區(qū)充填加固注漿探討

趙春陽(yáng)

(七臺(tái)河市鹿山優(yōu)質(zhì)煤有限公司，黑龍江 七臺(tái)河154600)

煤礦礦井巷道工作面遇破碎帶極可能出現(xiàn)冒頂，注漿是進(jìn)行巷道局部加固地層比較有效的一種方法。一般而言，冒落區(qū)采用的注漿方法是先直接鉆孔進(jìn)行注漿充填加固，再進(jìn)行管棚注漿充填加固。這兩種方法的注漿加固前都必須施工止?jié){墻。

1 采空區(qū)直接鉆孔注漿充填加固

采空區(qū)直接鉆孔注漿充填加固的方法適合冒落區(qū)(帶)較短、破碎帶地層具有一定可注性的情況，施工比較簡(jiǎn)單，易于操作，效果較好。造孔主要在止?jié){墻的上拱部，一般鉆孔仰角3°～5°，間距300～500 mm，鉆孔深度根據(jù)具體冒落帶長(zhǎng)度進(jìn)行確定，通過埋設(shè)的注漿管注漿用以加固其冒落區(qū)(帶)。具體充填加固注漿施工步驟包括如下幾個(gè)方面：

(1)在工作面砌筑止?jié){墻，封閉冒落區(qū)(帶)。

(2)在止?jié){墻預(yù)留位置造孔，由于破碎地層極易塌孔埋鉆，必須選用扭矩力較大的鉆機(jī)。

(3)在鉆孔施工結(jié)束后，馬上注漿。注漿選用中壓大流量注漿泵，漿液先稀后濃，一般采用單液水泥漿，需要時(shí)也可采用化學(xué)漿液充填。

(4)注漿養(yǎng)護(hù)結(jié)束后，在注漿加固區(qū)施工檢查孔，如果注漿效果非常好，冒落區(qū)(帶)巳充填加固，就可以進(jìn)行掘進(jìn)施工；如果注漿加固效果不太好，必須再施工鉆孔補(bǔ)充注漿，直至滿足規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)為止。

(5)掘進(jìn)工作必須采取短掘短砌的方式施工，以快速掘進(jìn)通過冒落區(qū)(帶)。

2 采空區(qū)管棚注漿充填加固

管棚是將一組鋼管沿掘進(jìn)荒徑外設(shè)計(jì)好的角度打入地層內(nèi)，或先根據(jù)設(shè)計(jì)角度鉆好鉆孔，然后再將鋼管(或鉆桿)送入孔內(nèi)，鋼管與其他支架結(jié)構(gòu)組合形成棚架預(yù)支護(hù)加固體系，承受來(lái)自于上部地層的載荷。通過鋼管上的注漿孔向地層進(jìn)行注漿，加固破碎地層，提高地層的強(qiáng)度。管棚注漿是一種超前支護(hù)加固技術(shù)方法，適合用于已冒落區(qū)的加固處理，而對(duì)松軟、破碎、易坍塌的掘進(jìn)工作面必須進(jìn)行預(yù)加固。

2.1 管棚注漿充填加固的主要作用

(1)梁拱的安全效應(yīng)：在礦井巷道前方預(yù)設(shè)的管棚，以工作面和后方支撐作為支點(diǎn)，形成一個(gè)梁式結(jié)構(gòu)，承受圍巖壓力，能有效抑制圍巖松動(dòng)和垮塌。

(2)加固的安全效應(yīng)：注漿漿液壓入圍巖裂隙，使巖體膠結(jié)、固結(jié)，改善軟弱圍巖的力學(xué)性質(zhì)，增強(qiáng)圍巖的自承能力，實(shí)現(xiàn)加固鋼管周邊破碎帶的目的。

(3)環(huán)槽的安全效應(yīng)：工作面爆破出現(xiàn)的爆炸沖擊波和氣體擴(kuò)展遇到管棚后被反射、吸收，降低了反向拉伸波導(dǎo)致圍巖破壞及擾動(dòng)。

(4)確保施工安全可靠的作用：管棚支護(hù)的剛度較大，在施工時(shí)對(duì)冒頂塌落體能夠起緩沖的作用，即使有時(shí)管棚失穩(wěn)，它的破壞也不會(huì)加大。

2.2 管棚注漿的施工工藝

管棚通常采用42～108 mm的鋼管，鋼管上對(duì)稱鉆孔，形成花管，鉆孔直徑大約8～10 mm。采空區(qū)管棚注漿充填加固的主要施工步驟如圖1的超前管理注漿施工工藝示意圖所示：

圖1 超前管棚注漿施工工藝示意圖Fig.1 Construction process of advance pipe shed grouting

(1)首先在工作面砌筑止?jié){墻，以封閉冒落區(qū)；其次在管棚設(shè)計(jì)孔位預(yù)埋孔口管。在施工止?jié){墻時(shí)，采用碎石、矸石或噴射混凝土，盡可能充填冒落區(qū)。

(2)冒落區(qū)頂部如果不能用碎石、噴射混凝土充填飽滿時(shí)，也可用化學(xué)發(fā)泡材料通過管路進(jìn)行快速注漿充填。

(3)根據(jù)設(shè)計(jì)管棚的方位、角度，用鉆機(jī)鉆到設(shè)計(jì)孔深，插入42～108 mm的鋼管，在成孔比較困難時(shí)，必須直接用鋼管或鉆桿跟管鉆進(jìn)，穿過冒落區(qū)進(jìn)入完整巖層后，將鋼管或鉆桿留在孔內(nèi)，再用鋼管對(duì)冒落區(qū)進(jìn)行充填固結(jié)注漿，在冒落區(qū)上方形成扇形管棚及加固區(qū)，如圖2超前管棚布置示意圖的所示。管棚間距通常為200～300 mm。

1—管棚；2—巷道

(4)在鉆進(jìn)一旦漏漿時(shí)，必須采用水泥漿作為循環(huán)液，充填冒落區(qū)的空隙。

(5)在鉆進(jìn)到孔底后，用濃水泥漿或其他速凝漿液對(duì)冒落區(qū)實(shí)施充填，直到充滿返漿時(shí)止。