注漿技術在沿空留巷圍巖控制中的應用

吳勝明

【摘 要】 沿空留巷巷道受兩次采動動壓影響，圍巖破碎，采用常規的錨網索支護方式難以控制圍巖變形。文章以2905采面沿空留巷巷道圍巖控制為工程背景，采用現場實測法分析巷道圍巖變形及破壞特征，提出采用注漿加固方式穩定巷道圍巖，并對注漿工藝進行優化。采用新型無機注漿加固材料結合優化后的注漿工藝，可以根據圍巖破碎及裂隙擴展情況分段選擇合適的注漿漿液水灰比及注漿壓力，同時不會增加注漿工程量。現場應用表明，對沿空留巷巷道圍巖注漿后，頂板下沉量在4d內趨于穩定，下沉量控制在26mm內，頂板離層量最大為2mm，有效控制了沿空留巷巷道圍巖變形。

【關鍵詞】 沿空留巷;圍巖注漿;淺層注漿;深孔注漿;注漿材料

【中圖分類號】 TD353 【文獻標識碼】 A

【文章編號】 2096-4102（2020）03-0012-03 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

1 工程概況

云泉礦2905回采工作面開采的9#煤層采高1.4m，傾角2～10°，采面平均埋深在480m，設計走向長度1306m、斜長198m。沿空留巷巷道為2905采面回風巷，由于受到DF58斷層影響，部分留巷段內圍巖破碎、巷道成型差、圍巖應力顯著增加，造成原有的巷道支護結構多處失效，頂板、巷幫錨網梁、鋼帶等出現不同程度的變形，頂板下沉量及巷幫移近量明顯。加之受到頂板淋水影響，造成金屬錨桿、錨索及護表結構銹蝕，嚴重時極可能會導致頂板大范圍冒落。具體采面與斷層位置關系見圖1。

2圍巖變形規律分析

對巷道注漿前對圍巖變形破碎規律進行監測分析，從而為后續有針對性地開展注漿加固提供依據。巷道破碎圍巖長時間受水侵蝕，圍巖變形會持續發展，會嚴重影響巷道后期使用。因此，對巷道表層位移、深層結構以及頂板離層等情況進行監測，具體布置5個測點，1號測點位于切眼前方210m位置，臨近測點間相距10m，布置情況見圖1。

2.1巷道表層位移

測點觀測到的巷道表層位移變形規律大致一致，具體1號測點位置處巷道表層位移監測結果見圖2。

從圖2中看出，頂板及巷幫變形量持續增加，由于巷道受到臨近的DF58斷層構造帶影響，在觀測的0～10d時間內，圍巖變形量增長速度明顯，頂板、巷幫變形量最大分別為305mm、213mm，約占巷道圍巖總變形量的1/2。10d之后巷道圍巖變形量增加速度有所趨緩，但是巷道圍巖變形量仍未呈現穩定趨勢。

2.2頂板離層

頂板離層儀布置安裝深度分別為2.3m、6.3m，具體監測點2觀測結果見圖3。

從圖3中看出，頂板離層量隨著時間的推移呈現逐漸增加趨勢。頂板離層裂隙仍不斷地擴展，支護體系中的錨桿、錨索錨固作用將持續降低，加之頂板有淋水情況，若頂板裂隙與裂隙含水層聯通會進一步弱化圍巖強度，容易引起頂板冒落。因此，需要采用對巷道圍巖進行注漿加固。

3注漿加固技術

在對巷道圍巖進行注漿加固時，圍巖巖性不同漿液在裂隙中的滲透機理有所差異。現場注漿實踐也表明，若采用單一的注漿工藝，圍巖注漿效果達不到預期目標;采用的注漿漿液黏度過大、注漿壓力大時，容易造成注漿漿液漏失，同時深部巖層內裂隙小，漿液不能在裂隙內擴展;若采用的注漿漿液黏度低、注漿壓力大，則容易以出現跑漿問題。若選用不同的黏度注漿材料進行分次注漿，則注漿過程過為繁瑣。文中根據現場注漿需要，對選用的注漿材料以及注漿工藝進行改進。

3.1注漿材料

根據圍巖破碎情況，注漿時選用一種新型注漿材料，該材料分為A、B組分，其中A組分材料主要為硫鋁酸巖水泥，B組分材料主要為石灰及石膏。兩種材料混合加水及添加劑后對圍巖進行注漿加固。采用的新型注漿加固材料具有以下特性：

A、B組分材料混合前單獨存放，單組分加水后形成的單液漿在6h內性能穩定，不會出現離析現象，可以滿足井下長距離運輸及注漿需要。

注漿漿液水灰比在2.5∶1～0.5∶1范圍內可調，依據不同區域內巷道圍巖注漿加固需要可以及時對水灰比進行調整。

A、B兩種組分混合后可以快速凝固，凝固時間與添加劑使用量有關，在0.8∶1～0.6∶1低水灰比時，漿液的黏度大，失去流動性時間為1～1.5min，凝結固化時間為5～7min，從而可以對開放性大裂隙進行快速充填膠結;在2.8∶1～0.8∶1高水灰比時，漿液黏度低，失去流動性時間為1.5～5.0min，凝結固化時間為7.0～15.0min，注漿漿液具備較強的流動性、滲透性，適用于微小裂隙的充填加固。

注漿材料膠結固化后強度增加迅速，在120min內抗壓強度即可達到10MPa以上。

3.2注漿工藝

注漿管布置。采用的注漿工藝通過采用一種注漿材料、一種注漿鉆孔，通過調整注漿工藝實現深部圍巖微小裂隙以及淺部圍巖松動裂隙的一次性加固，從而避免常規的淺部、深部圍巖分材料、分次注漿存在的注漿耗時長、效率低下等問題。因此采用的注漿管路及注漿工藝應能滿足一次性對深部、淺部圍巖注漿加固。

采用的注漿管應能深入到巷道圍巖塑性區發育范圍，從而實現注漿加固目的，注漿管路分淺部注漿段、深部注漿段兩個部分，淺部注漿段注漿加固位于巷道表層圍巖破碎區域并適當超過破碎區域，從而便于注漿后在破碎區域內形成注漿層;淺部注漿段以里范圍采用深部注漿方式。在注漿管路上有淺部注漿口、深部注漿口兩種注漿口，分別與淺部注漿管、深部注漿管連接，深孔注漿管表層部分位于淺部注漿管內，不同的注漿管路中間有隔斷，具體注漿管路結構見圖4。

為了便于注漿漿液擴散，在注漿管體均加工布置有射漿孔。淺部注漿結束后，采用棉紗及時封孔，待淺層孔在圍巖內形成淺部止漿層后進行深孔注漿。具體的注漿管路布置見圖5。

注漿系統。鉆孔注漿過程中，破碎圍巖內裂隙發展情況復雜，注漿量以及注漿壓力過程中變化明顯，注漿時對注漿泵工作性能要求較高。以壓縮空氣為動力的氣動泵體積較小，且具備無極調控注漿流量、壓力等特點，可以較好地滿足破碎圍巖注漿需要。同時為了便于注漿設備隨注漿點變更轉移，設計一套雙液注漿系統，該系統主要由注漿輸液管路、盛漿桶、雙液注漿泵（2BZQ）、氣動攪拌泵（QB260）等構成。

注漿時將A、B兩個組分注漿材料按照需要水灰比分別裝入到對應的QB260氣動攪拌泵內，混合均勻后放至盛漿桶內，采用2BZQ雙液注漿泵將A、B兩種組分漿液混合均勻并與對應的注漿口連接。

由于巷道表層圍巖破碎、裂隙發育，容易出現漏漿，因此淺部注漿時應選擇快速失流、快速硬化材料，選擇水灰比0.8∶1～0.6∶1低水灰比注漿做注漿漿液;由于深部區域內裂隙不發育，為了保證漿液擴散范圍，應選擇黏度低、流動性好的漿液作為注漿漿液，具體選擇水灰比為1.6∶1～0.8∶1高水灰比注漿做注漿漿液。

注漿管路鋪設完畢、注漿漿液制備完成后，先進行淺部注漿從而在淺部破碎圍巖內形成止漿層，由于巷道表層圍巖內裂隙發育，因此注漿壓力選擇為1～2MPa，注漿過程中若漏漿嚴重采用間歇注漿方式，并用紗布對漏漿處進行封堵;待淺部注漿完成后，注漿系統與深部注漿口連接，深部注漿一般采用劈裂注漿及滲透注漿，為了確保注漿效果，一般采用的注漿壓力較高，本次注漿時深孔注漿壓力控制在4～8MPa。

4注漿效果考察

采用布置在巷道內的測站對巷道表層及頂板離層情況進行檢查，具體監測結果見圖6。

從圖6中看出，對沿空留巷巷道進行注漿加固后，巷道頂板下沉量由注漿前長時間不穩定快速進入到穩定階段，注漿后頂板下沉量在26mm以內;頂板離層量注漿加固后僅增加2mm，其后再無增加，表明在巷道圍巖進行注漿后可以有效充填裂隙，提升圍巖穩定性，同時通過注漿后頂板淋水現象得以控制。

5總結

2905回采工作面沿空留巷巷道圍巖變形量較大主要原因是由于巷道受到斷層帶以及采動動壓影響圍巖破碎，造成錨網索支護體系失穩，圍巖變形量持續增加，且未呈現趨于穩定趨勢。同時頂板淋水會進一步增加圍巖變形。

針對巷道圍巖變形特征，提出采用注漿方式提高圍巖穩定性，并采用一套注漿系統即可同時進行淺部、深部注漿，從而根據圍巖性質、裂隙擴展情況選擇性注漿，達到控制圍巖變形目的。

注漿加固后，圍巖變形量在4d后趨于穩定，頂板深部巖層離層得以控制，巷道圍巖內裂隙得以充填，并解決了頂板淋水問題。通過選用合適注漿材料，并革新注漿工藝，在2905回采工作面沿空留巷巷道圍巖控制中取得顯著應用成果。

【參考文獻】

[1]李鵬偉.沿空留巷圍巖變形特征與控制技術研究[J].山西能源學院學報，2020，33（1）：1-3.

[2]李愛軍，李西凡.層次注漿工藝在切頂留巷圍巖加固工程的應用[J].煤炭工程，2019，51（10）：50-53.

[3]程杰.淺析綜放工作面沿空留巷合理注漿時機[J].煤礦現代化，2019（6）：168-170.

[4]曲孔典.考慮頂板影響下沿空留巷圍巖注漿時機研究[J].內蒙古煤炭經濟，2019（12）：29-32，42.

[5]張永強.沿空留巷工作面留巷巷道變形控制方法[J].山西化工，2019，39（3）：125-126，131.

[6]范德源，劉學生，譚云亮，等.深井中等穩定頂板沿空留巷錨注切頂支護技術研究[J].煤炭科學技術，2019，47（5）：107-112.

[7]李輝.綜放工作面沿空留巷變形規律研究[J].山西焦煤科技，2019，43（3）：22-24，34.

[8]于憲陽，王衛軍，張自政，等.深井沿空留巷大變形錨注一體控制技術[J].礦業工程研究，2017，32（3）：22-26.