赤峪煤礦集中輔運下山壁后注漿加固技術研究

趙東生

（冀中能源邯礦集團山西金地煤焦有限公司赤峪煤礦，山西 文水 032100）

1 工程概況

冀中能源邯礦集團山西金地煤焦有限公司赤峪煤礦中央采區集中輔運下山為下山開拓巷道，巷道為直墻半圓拱型，凈下寬5.4 m，凈高4.6 m，支護形式為錨網梁索噴支護。集中輔運下山在沿2號煤層掘進過程中，巷道受兩翼回采動壓及礦壓影響，圍巖破碎，礦壓顯現明顯，造成巷道變形嚴重。考慮到集中輔運下山巷道服務時間長，為保證該巷道在服務期內的穩定性，共同研究決定對下山開拓巷道進行壁后注漿加固措施[1-6]，有效控制中央采區集中輔運下山的巷道變形問題，保證滿足設計、安全使用的斷面要求。

2 壁后注漿加固參數

2.1 注漿孔布置和參數

淺孔：采用矩型布置，孔間距根據巖層性質確定，考慮到巖層橫向節理相對比豎向裂隙發育，因此在布置注漿孔時，頂孔間距相對比幫部大。各注漿孔剖面和展開圖如圖1、圖2，每排布置4個孔，孔徑Ф42 mm（根據灌漿塞規格及技術要求確定），淺孔孔深2.4 m，排距為3 m，使用灌漿塞進行封孔。

圖1 集中輔運下山注漿孔布置剖面圖（mm）

圖2 集中輔運下山注漿孔布置展開圖（mm）

深孔：在淺孔注漿結束后，打4.8 m孔，每排布置5個孔，與淺孔成五花眼布置；深孔布置原則同淺孔。采用錨桿機施工，孔口孔徑42 mm（根據灌漿塞規格及技術要求確定），內部孔徑28 mm，采用灌漿塞封堵灌漿法。

2.2 注漿材料

2號煤裂隙發育，孔隙率為5.1%，具備通過粗粒徑漿液的縫隙通道，因此注漿材料選用42.5 MPa（原425#）普通硅酸鹽水泥，水玻璃為40 °Bé。

2.3 注漿參數

2.3.1 壓注參數設計

（1）注漿壓力。設計淺部注漿壓力最高為3 MPa（根據現場施工情況而定，如現場某個鉆孔吃漿量較大而周圍無跑漿漏漿情況時，且壓力數值不上升采用水玻璃加量等辦法提高凝結速度達到注漿效果）；深部注漿壓力最高為5 MPa（出現壓力數值不上升、吃漿量大情況按以上淺部注漿孔實施辦法施工）。

（2）注漿擴散半徑。在施工現場，主要采用調整漿液膠凝速度、滲透性和注漿終壓等參數，進而實現注漿有效擴散半徑不小于2.0 m。施工過程中應注意漿液擴散情況，如注漿量大，說明擴散半徑大，可適當增加注漿孔的間排距。

（3）單孔吃漿量

單孔吃漿量：Q=AπR2LnB

式中：A為損耗系數；R為有效擴散半徑，m；L為注漿段長，m；n為開口孔隙率；B為漿液充填系數。

2.3.2 注漿材料配比參數設計

（1）水泥漿的水灰比（質量比）控制在（0.65～0.85）:1左右。

（2）采用水泥-水玻璃漿液，水玻璃濃度約為10～20 °Bé，水泥漿與水玻璃控制在1:（0.1～0.3）左右。

2.4 灌漿塞參數

灌漿塞基本參數見表 1。

表1 灌漿塞基本參數表

3 注漿施工工藝

3.1 水灰比、材料

對于注漿材料的確定，主要是從對巷道的壁后加固效果以及加固經濟效益進行綜合考慮。本次集中輔運下山注漿采用425#硅酸鹽水泥為注漿原料。水灰比為（0.7）:1（水灰比按現場吃漿量大小調節比例，擴散范圍越大水灰比例越高）。

3.2 注漿量及泵壓

要保障巷道注漿加固注漿量的合理，吃漿量太大，擴散距離太遠將造成極大的浪費，吃漿量太小，注漿效果差，因此需要在現場靈活掌握注漿量。主要從以下兩個方面考慮：一是控制泵壓，吃漿量大時，泵壓應適當減小，必要時增加水玻璃；吃漿量較小時，泵壓適當提高，但淺孔最高控制在3 MPa，深孔注漿壓力最高控制在5 MPa；二是相鄰鉆孔一旦跑漿應停止注漿，并對跑漿孔進行插孔復注。

3.3 注漿泵

注漿壓力泵型號為2ZBQ—30/30、2ZBQ30/6型氣動注漿泵，額定壓力為6 MPa，額定流量為30 L/min；2ZBQ—24/10型氣動注漿泵，額定壓力10 MPa，額定流量30 L/min。

3.4 注漿工藝及流程

注漿工藝流程示意圖如圖3。

圖3 注漿工藝流程圖

（1）將風水管路、注漿泵、攪拌機、儲漿池、吸漿桶等材料和設備運輸并安裝到位。

（2）施工好鉆孔后，將注漿管嵌入到鉆孔中，并在管上纏以麻絲或棉布，防止注漿壓力將管頂出，做好封孔工作后，將注漿管與注漿泵連通，并安裝好壓力表，準備工作完成后進行注漿作業。

（3）正常情況下水泥漿的配比為水灰比平均數0.7:1，水泥為425#普通硅酸鹽水泥，攪拌均勻后立即進行注漿。跑漿嚴重可適當增加水玻璃，水玻璃為40 °Bé，模數2.8～3.2，水玻璃濃度應控制在10～20 °Bé，水泥漿與水玻璃之比應控制在1:（0.1～0.3)。

（4）注漿完畢后，根據觀測結果確定是否需要進行復注，并確定復注位置，進而重新打眼進行復注施工。

（5）注漿時漿液的濃度一般是按先稀后濃的原則，當注漿壓力升至4 MPa并維持5 min即可結束注漿。

（6）注漿完畢后應立即將吸漿管放入清水桶內改吸清水，從而實現對泵腔和管路的清洗，清洗時間一般不少于10 min。

3.5 注漿效果檢驗

注完漿后需對注漿效果進行檢驗，采取方法為：一種是隨意選擇地點打孔，用窺視儀進行窺視，觀察孔內裂隙充填是否密實。另一種方法是打孔后進行復注漿，如仍然吃漿量較大，說明注漿效果較差，需以該段進行補孔重新注漿；如不吃漿，或吃漿量很少，說明注漿效果較好。經以上兩種方法檢驗，中央采區集中輔運下山壁后注漿效果較為理想。

4 治理效果

中央采區集中輔運下山壁后注漿加固時間為2021年3月5日—4月30日，施工完成后，在中央采區集中輔運下山壁后注漿加固段100 m范圍內每隔10 m布置一個測站對頂板下沉量及兩幫移近量進行觀測，測站布置如圖4。

圖4 測站布置示意圖（mm）

從兩個月的監測數據，注漿加固后，頂板累計下沉量為24 mm，對比之前46 mm的下沉量，頂板位移量大幅度降低；兩幫累計移近量為12 mm，對比之前59 mm的移近量，兩幫移近量同樣大幅度降低。對比監測數據可知，中央采區集中輔運下山巷道圍巖變形量很小，基本趨于穩定，中央采區集中輔運下山壁后注漿加固治理后，圍巖變形速度較慢，圍巖得到了良好的控制。