掘進巷道破碎頂板注漿加固技術應用

趙海生

(山西高平科興游仙山煤業(yè)有限公司，山西 高平 048400)

1 概述

山西高平科興游仙山煤業(yè)有限公司15210運輸順槽位于井田二采區(qū)，巷道南部為15209運輸順槽，北部為15210工作面，東部為掘進區(qū)域，西部為二采區(qū)大巷。

15210運輸順槽設計長度為875 m，巷道掘進煤層為15#層，平均厚度為4.1 m，平均傾角為4°，15210巷設計斷面規(guī)格為寬×高=5.0 m×4.1 m，巷道采用綜合機械化掘進工藝，截止2019年2月巷道已掘進450 m。

15210運輸順槽掘進區(qū)域地質構造以斷層為主，巷道掘進至450 m～480 m段共計揭露4條正斷層，斷層平均落差為1.2 m，平均傾角為48°，受多斷層應力疊加影響，巷道掘進至447 m處時頂板出現(xiàn)破碎、下沉現(xiàn)象，巷道掘進至450 m處等你出現(xiàn)局部冒落現(xiàn)象，頂板錨桿支護無法對破碎頂板進行有效支護，對此，游仙山煤礦通過技術研究決定對15210運輸順槽應力破碎頂板采取注漿加固技術。

2 注漿施工

巷道附近的采空區(qū)由于地質構造的夾縫較大，而且采空區(qū)周圍的圍巖均為泥巖，泥巖的特性比較柔軟，當遇到水后經過一系列物理化學反應后會發(fā)生膨脹，導致周圍的巖體隨之膨脹。因此施工人員在掘進的過程中很容易遇到巷道頂板、側幫膨脹及頂板下沉嚴重，嚴重影響掘進工作面的正常開展[1]。掘進工作面在掘進的過程中如遇到上層巖體為塌陷采空區(qū)，常常會造成掘進工作面頂板隨掘隨塌的現(xiàn)象。隨著掘進工作面的不斷深入，掘進巷道頂板及煤壁承載的壓力也越來越大，剛看到的圍巖無法承載壓力后，工作面會發(fā)生大面積垮落。因此施工人員采取注漿加固的方式來確保掘進工作的正常開展。

2.1 注漿材料

1)通常決定工作面的巖層均為泥巖，泥巖間會存在較多的微小裂縫，施工人員經過分析選用漏必堵及固安特材料對巖層進行加固。漏必堵是井下常用的密封及填充材料，它是一種高分子聚合泡沫材料，具有較好的隔氣性及柔韌性，而且該物質的可燃性較低，作為封堵材料非常適用于對井下瓦斯及火災的封閉，該物質含具有較快的反應速度，抗壓力特性也較高[2]。

2)固安特主要是由樹脂和催化劑按照相同的體積比例混合而成，作為高強度加固材料，固安特是一種高分子雙液型材料，通常適用于對井下頂板及煤壁破碎嚴重或松散的巖體進行加固，能夠很好的解決頂板、破碎、下沉等問題。由于該物質的具有較強的黏合性，能夠隨著環(huán)境的不同而改變反應速度，對破碎巖體的黏合作用明顯且機械性能強。對于井下巖體中的縫隙具有較強的滲透性，尤其是對破碎頂板的加固及煤壁縫隙的封堵效果非常明顯。

3)由于這兩種含量均具有較快的反應速度，在較短的時間內會固結，因此需要施工人員在不影響生產的前提上能夠迅速的完成整個注漿過程；注漿在施工過程中使用的設備體積較小、重量較輕、施工步驟簡單，能夠最大限度的避免對掘進工作的影響；注漿過程中使要使用的注漿材料較少，由于漏必堵具有較強的黏結性與膨脹性，因此只需要較少的材料就能起到較強的加固作用，非常適用于對巷道冒頂區(qū)域的填充。由于漏必堵具有較強的抗壓強度且材料使用量低，也非常適用于破碎頂板。固安特是一種絕燃性較好的材料，能夠在工作面生產時大量使用[3]。

2.2 注漿孔布置

1)施工人員首先要選用三花孔模式在回分巷的斷層位置進行注孔，以回風巷為中心，在巷道兩側以1m為結局依次施工三個鉆孔，孔的方向要順著頂板方向，傾角為,30°，孔的深度控制在3.5 m～4.5 m之間。第2排漿孔要采用插花布設，位置要位于第 1 排注漿孔下方0.5 m處，傾角為20°，孔的深度控制在3.5 m～4.5 m，注漿孔排距為5.0 m，如圖1所示。

圖1 15210運輸順槽應力區(qū)頂板注漿支護施工剖面示意圖

2)施工人員可以根據(jù)現(xiàn)場的實際情況來修正循環(huán)封孔位置，注漿的速度按照3 m/次進行循環(huán)推進，當?shù)?次注漿施工完畢后，施工人員需對頂板和煤壁進行注漿加固作業(yè)，之后的循環(huán)只需要超前加固即可。

2.3 注意事項

為了能夠提高巷道頂板及煤壁圍巖的穩(wěn)定性及承載力，確保巖體結構不被破壞，施工人員需對注漿后的頂板及煤壁進行臨時支護。

1)按照注漿加固工藝要求對鉆孔的深度與孔徑合理設計，鉆孔的深度，孔徑及傾角可以根據(jù)巷道的地質構造進行微調[4]。

2)注漿材料桶及注漿機可以通過吸料管進行連接，施工作業(yè)時原材料在氣動壓力活塞的作用下進入注射槍，時原材料經注射槍灌入地層并滲入縫隙，由于注漿液在縫隙會迅速凝固，因此施工人員要保證施工過程的緊湊性，同時要確保注漿壓力不低于3 MPa。

3)為了確保煤壁縫隙全部緊密填充，因此要保證注射槍不再吸取漿液后才能停止注漿。

4)注漿過程完畢后，工作人員需使用樹脂材料對注射槍及管路進行清洗。在進行下一輪注漿作業(yè)時，需重復以上施工步驟，當所有的孔全部注漿完畢后，多功能泵及其附件需使用清洗劑對進行清洗[5]。

3 注漿加固應用效果分析

1)15210運輸順槽掘進至450 m處時對頂板進行注漿加固，直至巷道掘進480 m處停止注漿施工，共計施工6組(12個)注漿鉆孔；巷道頂板通過注漿加固后現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，注漿后的頂板煤巖體單軸抗壓強度提高至47 MPa，巖體膠結穩(wěn)定性大大提高，煤巖體韌性是注漿前的2倍～3倍，對頂板破碎巖體3.0 m范圍的裂隙進行充分填充，保證了巷道頂板錨桿支護效果，錨桿錨固失效率由原來的12%降低為3%。

2)破碎頂板注漿加固后在該區(qū)域每隔15 m安裝一臺頂板離層儀，通過30 d現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，注漿加固后提高了破碎頂板力學性質，降低了頂板破碎現(xiàn)象，頂板未發(fā)生離層現(xiàn)象，但是受頂板蠕動變形影響，頂板出現(xiàn)局部下沉現(xiàn)象，下沉量為0.12 m，通過注漿液將破碎頂板黏結在一起，超前注漿的方式能夠有效的提高掘進工作面的圍巖強度，增加巷道掩體的承載能力。

4 結語

綜上所述，巷道在掘進過斷層應力區(qū)時，頂板圍巖力學結構遭到破壞后頂板很容易出現(xiàn)破碎、冒落現(xiàn)象，發(fā)生重大煤礦安全事故，本文針對巷道頂板破碎機里及破碎現(xiàn)狀，對巷道頂板采取注漿加固技術，通過實際應有效果來看，采取注漿加固后破碎巖體得以重新組合，提高圍巖整體穩(wěn)定性，加強了錨桿支護作用，控制了冒落圍巖下沉、破碎現(xiàn)象，取得了顯著應用成效。