注漿加固技術(shù)在小煤柱沿空掘巷中的應(yīng)用

張浩春

（山西省晉神能源有限公司，山西 忻州 036599）

0 引 言

部分礦井規(guī)劃采區(qū)及布置采掘面時(shí)，為提升煤礦資源回收率，往往采用預(yù)留小煤柱，并使用沿空掘巷方式進(jìn)行工作面布置。該布置方式在掘進(jìn)過程中動(dòng)壓顯現(xiàn)明顯，巷道變形嚴(yán)重。因此，沿空掘巷施工首要解決的問題是巷道支護(hù)問題。目前，注漿支護(hù)技術(shù)在沿空掘巷及松軟巖層施工中普遍應(yīng)用，也是一種具備較高支護(hù)強(qiáng)度的支護(hù)方式。因此，晉能控股集團(tuán)有限公司白洞礦業(yè)8114 工作面運(yùn)輸巷采用注漿加固措施，以期解決小煤柱沿空掘巷中圍巖壓力大、巷道變形嚴(yán)重、影響安全施工的問題，為礦井安全高效生產(chǎn)提供工程實(shí)踐和科學(xué)依據(jù)。

1 工作面概況

白洞礦業(yè)8114 工作面主采煤層為8 號(hào)煤層，工作面地質(zhì)條件見表1。工作面運(yùn)輸巷采用預(yù)留小煤柱沿空掘巷方式進(jìn)行布置，具體為沿8 號(hào)煤層頂板進(jìn)行掘進(jìn)施工，緊鄰8812 采煤工作面及其采空區(qū)留設(shè)寬度為5 m 的小煤柱。受回采期間的巷道動(dòng)壓影響，沿空掘進(jìn)施工后，巷道圍巖強(qiáng)度明顯降低，巷道變形嚴(yán)重。

表1 8114 工作面地質(zhì)條件Table 1 Geological condition of No.8114 Face

2 巷道支護(hù)及注漿分析

2.1 巷道支護(hù)基本情況

8114 工作面運(yùn)輸巷為梯形斷面，凈斷面面積為13.94 m2，支護(hù)方式采用錨網(wǎng)索配合支護(hù)，采用22 mm×2 600 mm 左旋無縱筋錨桿，間排距700 mm×700 mm；采用17.8 mm×7 000 mm 的鋼絞線錨索，間排距1 700 mm×2 100 mm，巷道支護(hù)斷面如圖1 所示。

圖1 巷道支護(hù)斷面示意Fig.1 Roadway support section diagram

2.2 注漿分析

8114 工作面運(yùn)輸巷埋藏深，標(biāo)高處于-489—-536 位置，巷道所受地應(yīng)力較大，因其緊鄰8112采煤工作面及采空區(qū)，加之巷道為13.94 m2的大斷面，所受應(yīng)力更加集中，極易造成巷道圍巖穩(wěn)定性破壞，產(chǎn)生巷道損壞情況。同時(shí)，受8112 采煤工作面回采期間動(dòng)壓，8114 工作面運(yùn)輸巷成巷后，巷道變形量大，頂板局部冒落嚴(yán)重，直接底為厚2.0 m 的泥巖，遇水泥化后膨脹性強(qiáng)，進(jìn)一步降低巷道整體工程穩(wěn)定性，導(dǎo)致開采后出現(xiàn)頂板破碎情況發(fā)生。

巷道原支護(hù)所采用的錨網(wǎng)索配合支護(hù)形式因強(qiáng)度不足，無法很好地達(dá)到圍巖控制，生產(chǎn)無法保證較高水平的單進(jìn)效率，無法保證安全生產(chǎn)，物料消耗方面需要大量的二次投入，需要大量的維修工程及高強(qiáng)度的工人勞動(dòng)。因此，通過注漿加固方式增強(qiáng)巷道穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)巷道圍巖控制十分必要。

3 注漿加固方案

3.1 注漿材料

為了對(duì)注漿加固效果進(jìn)行有效分析，結(jié)合工程實(shí)踐，選取8114 工作面運(yùn)輸巷部分區(qū)域段巷道進(jìn)行注漿加固，并與其前方范圍內(nèi)未進(jìn)行注漿加固巷道進(jìn)行對(duì)比。注漿材料為單液水泥漿液，漿液基本材料選用PC42.5 水泥基，漿液水灰質(zhì)量比可根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，范圍為（1∶0.5） ～（1∶0.8）。同時(shí)，施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行漿液攪拌時(shí)，要摻入外加劑，外加劑由一定比例的減水劑與膨脹劑混合而成，該比例為1∶6。最終配置好的漿液強(qiáng)度要求20 MPa 以上，結(jié)實(shí)率不得低于96%。

3.2 注漿鉆孔布置

注漿方式采用單液注漿，分別對(duì)巷道上下幫及頂板進(jìn)行注漿加固。其中，上下幫和頂板各布置3個(gè)注漿鉆孔，巷道斷面共施工9 個(gè)注漿鉆孔，鉆具為礦用手持式Y(jié)N30 風(fēng)鉆，鉆孔直徑45 mm，鉆孔深2.5 m，鉆孔具體施工參數(shù)見表2。

表2 注漿鉆孔施工表Table 2 Grouting drilling construction

現(xiàn)場(chǎng)施工過程中，作業(yè)人員發(fā)現(xiàn)注漿管的更換耗時(shí)較長(zhǎng)，影響整體工程進(jìn)度，為了高效地完成注漿工序，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)一種便捷更換的注漿管。注漿管具體參數(shù)見表3，孔口注漿管如圖2 所示。

圖2 孔口注漿管Fig.2 Hole grouting pipe

表3 孔口注漿管參數(shù)Table 3 Hole grouting pipe parameters

3.3 注漿工藝

注漿設(shè)備選用ZBYSB50/18-7.5 型礦用液壓泵，注漿時(shí)，需保證注漿壓力值在2.5 ～3.0 MPa，注漿后擴(kuò)散半徑2.0 m，注漿量控制在2 t/m。在正式注漿前，施工人員首先進(jìn)行封孔，為保證封孔質(zhì)量，現(xiàn)場(chǎng)使用水泥加速凝劑，封孔長(zhǎng)度為0.4 m。為保證注漿后的圍巖控制效果，注漿的時(shí)間應(yīng)選擇在巷道圍巖支護(hù)體系形成之后的一段時(shí)間。注漿的順序?yàn)樽韵露稀⒆宰蠖摇?/p>

注漿流程如圖3 所示。

圖3 注漿流程示意Fig.3 Grouting process diagram

4 效果分析

礦山壓力顯現(xiàn)的最直觀表現(xiàn)為巷道頂?shù)装寮吧舷聨妥冃危ㄟ^觀測(cè)巷道注漿區(qū)域與非注漿區(qū)域的巷道變形量，能夠得出注漿效果的優(yōu)劣。在注漿巷道段選取6 個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，分別對(duì)應(yīng)8114 工作面運(yùn)輸巷25、40、55、70、85、100 m 處，編號(hào)依次為1號(hào)～6 號(hào)觀測(cè)點(diǎn)。未注漿段巷道共選擇3 個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，分別對(duì)應(yīng)8114 工作面運(yùn)輸巷125、140、155 m 處，編號(hào)依次為7 號(hào)～9 號(hào)觀測(cè)點(diǎn)。統(tǒng)計(jì)的巷道平均變形速率如圖4 所示。

圖4 巷道變形平均速率Fig.4 Average rate of roadway deformation

分析圖4 的觀測(cè)數(shù)據(jù)可知：①與未注漿區(qū)域巷道相比，注漿區(qū)域巷道的頂?shù)装遄冃嗡俾屎蜕舷聨拖鲁了俾拭黠@降低，其中，未注漿區(qū)域巷道頂?shù)装遄畲笞冃嗡俾蕿?.43 mm/d，而注漿區(qū)域巷道該值僅為0.13 mm/d，未注漿區(qū)域巷道頂?shù)装遄钚∽冃嗡俾蕿?.21 mm/d；②注漿區(qū)域巷道2 號(hào)觀測(cè)點(diǎn)的數(shù)值出現(xiàn)負(fù)數(shù)，經(jīng)實(shí)際反饋，2 號(hào)觀測(cè)點(diǎn)布置在底板的基準(zhǔn)點(diǎn)，因巷道維修臥底，掉落導(dǎo)致；③雖然巷道兩幫變形量在注漿區(qū)域巷道段的1 號(hào)、2 號(hào)、5 號(hào)觀測(cè)點(diǎn)和未注漿區(qū)域巷道段7 號(hào)、8 號(hào)、9 號(hào)觀測(cè)點(diǎn)數(shù)值差別不大，但在巷道兩幫變形速率上，注漿區(qū)域巷道明顯低于未注漿段；④注漿區(qū)域巷道段內(nèi)的1 號(hào)、2 號(hào)、4 號(hào)、5 號(hào)觀測(cè)點(diǎn)在整個(gè)觀測(cè)周期內(nèi)，巷道兩幫距離都不同程度變小，而3 號(hào)、6 號(hào)觀測(cè)點(diǎn)變化不大。

5 結(jié) 論

（1） 針對(duì)使用小煤柱護(hù)巷進(jìn)行沿空掘巷存在的巷道圍巖變形嚴(yán)重問題采用注漿加固措施。注漿設(shè)備選用ZBYSB50/18-7.5 型礦用液壓泵，配合水泥加速凝劑進(jìn)行封孔。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)一種便捷更換的注漿管。

（2） 礦壓觀測(cè)數(shù)據(jù)表明，與未注漿區(qū)域巷道相比，注漿區(qū)域巷道的頂?shù)装遄冃嗡俾屎蜕舷聨拖鲁了俾拭黠@降低。其中，未注漿區(qū)域巷道頂?shù)装遄畲笞冃嗡俾蕿?.43 mm/d，而注漿區(qū)域巷道該值僅為0.13 mm/d，未注漿區(qū)域巷道頂?shù)装遄钚∽冃嗡俾蕿?.21 mm/d。巷道兩幫變形量在部分巷道段差別不大，但在巷道兩幫變形速率上，注漿區(qū)域巷道明顯低于未注漿段。