煤礦巷道圍巖注漿加固技術的現狀與發展趨勢

郭 巖

（霍州煤電集團呂梁山煤電有限公司方山木瓜煤礦，山西 呂梁 033102）

煤炭資源的發掘對于我國人民具有極其重要意義的，特別是在北方，因為冬天的氣溫過低，需要提供地暖保證，而地暖保證就需要大量的煤炭資源。因此，如何在保證礦工們安全的情況下，還能挖掘到所需的能源，便是如今煤炭行業從業者們普遍關注的焦點。我國是世界上煤炭資源最為豐富的國家之一，從西漢時期就已經衍生出了煤的開采技術，發展到今天，煤礦開采已經達到了比較大的規模，而其中最為重要的部分便是煤礦巷道的圍巖注漿技術。

1 煤礦巷道圍巖注漿的方法

1.1 原生裂縫破碎下的注漿

因為有煤礦資源的存在，煤礦巷道內存在有很多縫隙和空洞的部分，這就導致礦工在下潛的時候可能受地下水或者巖漿等因素影響，對人身安全構成一定的威脅。在靜止狀態下，這些原生的裂縫一般不會發生問題，但是在地下水滲透或者巖漿等不可預知問題存在的情況下，嚴重時可能會使水倒灌到整個巷道之中。因此，圍巖注漿的技術非常重要和關鍵，目前常見的灌漿方式是利用水泥進行灌漿，再配合化學方法，即可達到比較好的注漿效果。

1.2 采集壓力破碎下的注漿

煤礦開采在下潛的過程中都會動用大功率的機器，而這些機器的開動會使整個煤礦巷道產生震動，因而導致某些基礎結構不太牢固的巷道發生垮塌或堵塞。為了保證巷道斷面的空間結構和礦工的生命安全，也需要通過圍巖注漿來消除這種隱患。

1.3 多種灌漿方式相結合

除了單一的灌漿加固方式，大多情況下，工程實踐中都會將錨固技術與單一注漿的模式相結合。當下開發出來的注漿錨桿具有多樣化特征，其作用主要是加固巷道周邊的破裂部分，并改善其自身的力學結構，從而達到更好的支撐和保護作用。

2 煤礦巷道圍巖注漿的作用

2.1 加固作用

圍巖注漿的作用主要是為了提升煤礦巷道的力學結構，達到支護作用。如果結構面的力學結構不合理，就會導致層離、滑層以及裂開的情況，最直接的影響就是圍巖變形，所以注漿加固的目的就是為了提高圍巖穩定性，加固自身結構。

2.2 縫隙填充

在開采過程中，注漿過程可將一些裂縫、細縫等比較狹窄細長的地方填充滿，通過改變縫隙孔位等部分的受力狀態，提高圍巖的支撐力度。

2.3 空氣阻隔

注漿可以很好的將空氣阻隔在外，避免因地下水等意外情況而導致開采中的流水通道封堵，同時也能減輕水對圍巖的軟化程度。

3 加固材料

注漿材料必須滿足黏度、力學指標以及抗滲透性能，在礦井下還需要具備阻燃和抗靜電性能，同時材料也要滿足對人體無害、無污染、無腐蝕的要求。因此市面上現有的材料大致分為這幾種：

3.1 水泥基注漿

水泥基作為注漿材料的強度較高，持久性較好，且沒有什么污染，來源也較豐富，價格較為低廉，因此，水泥基注漿材料時最常用的注漿材料。但其缺點也有很多，因為其穩定性差、顆粒較大，凝結時間快，所以這種材料一般用于對強度要求較高、離層也明顯的煤巖體。例如，現多用于煤礦中的大巷、采掘巷道等處。

3.2 化學注漿

化學注漿一般都是指高分子材料，其優點是黏度低、滲透性好，對于水泥基不能填注的細小縫隙之處，化學注漿都能進行快速的固化，但其缺點是耐久性差、有污染，且價格也不便宜，所以這種注漿方式并不常用。但隨著挖掘下潛的深度越來越深，可選用的化學材料種類也越來越多，如今煤礦井下已經大面積推廣使用了化學材料，但也有注意點，例如在使用聚氨酯類材料進行注漿時，因其發熱量較高，容易發生火災。

4 材料選擇原則

4.1 破壞程度

一般在判斷選擇哪種材料進行注漿時，應該考慮巷道圍巖結構面的分布情況以及其變形破壞的程度，包括縫隙的具體開口和深度等，由此來決定所選材料類型。

4.2 注漿后可能性

需要對礦井巷道注漿之后可能發生的情況進行合理的預判，例如，對永久性注漿之后的抗變能力等都需要進行通盤的考慮，以很好地維護完整的圍巖。

4.3 選擇來源多、成本低的材料

這一點對于任何工程來講都是通用的，堅持來源多、成本低的原則對于采煤工程各方面都有著非常實用的價值，但是滿足這個條件之前，應該優先保證工程效果以及礦井的安全。

5 質量檢測

任何工程的安全都應該是放在首位的，煤礦巷道更是如此，所以注漿的質量也將決定著工程的完成進度和自身的使用壽命。因此，對于注漿的質量檢測也是極為重要的。目前，常用的檢測方法有以下四點：

5.1 鉆芯取樣

顧名思義，這種方法就好比穿刺手術一樣，從活體中取出小樣。該方法主要通過在煤礦巖體中取出芯樣來對其進行檢驗，以此檢測注漿的效果和質量，檢測所得結果也是最為精確的。但是，這種檢測方法的弊端也非常明顯，其檢測時間較長、工序復雜、花費的成本也比較昂貴，同時，芯樣反映出來的只是取芯部分的質量，其他部分的注漿質量并無法做出精密的判斷，所以這種檢測方法不可取。

5.2 超聲波法

超聲波法是目前最為常用的注漿質量檢測方法，其原理是使用超聲波脈沖在巖體中進行傳播，再根據波幅、頻率等參數的變化來判斷巖體中缺陷層的分布。在一段距離中，如果超聲波反饋時間越短，那么這部分的巖體注漿就最為密實，反之，就存在缺陷。這種方式快速直接，并且可以用于大面積的測量工作。

5.3 鉆孔壁法

鉆孔壁法就是通過打孔后，查看洞穿之后的巖體結構，以肉眼可見的狀態直接進行檢測。這種方法非常直觀，但缺點是觀察范圍很小，不容易掌握全面的結構分布狀態。此外，在使用鉆孔方式進行檢測時，也需要工程師進行適當的推理來制定合理的鉆孔數量。

5.4 地質雷達法

地質雷達法是基于被測介質的電性差異，對介質發射高頻電磁波并接收其反射而進行處理和分析的工程技術。這種方式可以探測到圍巖裂縫的分布，甚至可以查出其具體破壞情況，在注漿之后對其區域再次探測，就能通過兩者的對比檢查得出注漿的質量和效果。

6 圍巖注漿技術現存問題及發展趨勢

如今，我國的煤礦開采已經取得了重大的成果，在注漿技術較為成熟的今天，依然存在很多需要深入研究的問題。

6.1 設計評估

對于注漿前的設計方案進行評估，特別是對圍巖中的層理、裂縫等結構分布情況的了解，工程師們還應加大調查和分析力度，更全面更深次地了解注漿對象，以提供更為完善的方案。

6.2 裂隙巖體理論

對有裂縫和空隙的巖體而言，我國的注漿工藝和材料都相對落后，因此，想要加強這項理論，就必須研究漿液在巖體中的流動規律、漿液的擴散和固液耦合規律、時變性漿液的流動規律以及漿液在不同煤礦巖體中的滲透規律等。

6.3 開發新材料

如今的注漿材料很多，風格迥異，優缺點不一，只有不斷開發新型材料，才能更好解決單一材料不能完全解決的注漿問題，從而降低注漿成本，改善礦下環境。

6.4 加強監測

結合記錄儀使用不同的方式對不同的煤礦巷道進行監測和控制，及時發現注漿過程的問題和安全威脅，盡量規避問題發生，提高注漿質量。

7 結語

圍巖注漿對于煤礦巷道開采有著極為重要的作用，不管如今的注漿技術和材料多成熟，每年依然能接到關于礦井出事的新聞。因此，對于嚴格注漿過程，工程師們還需要開發更好的材料，并進行更為專業的監測，這樣才能保證煤礦事業的蒸蒸日上。