回采巷道掘進(jìn)過破碎帶注漿加固技術(shù)研究

雷 胖

（山西汾西正令煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 孝義 032300）

隨著礦井采掘深度增加，煤炭回采時(shí)受斷層、褶曲、地層破碎帶等構(gòu)造影響更為顯著[1-2]。回采巷道掘進(jìn)過破碎帶時(shí)常出現(xiàn)圍巖變形量大、頂板冒落等問題，給巷道掘進(jìn)及后續(xù)使用安全帶來較大威脅[3-5]。山西某礦50302 運(yùn)輸巷掘進(jìn)時(shí)受區(qū)域褶曲構(gòu)造影響，巷道掘進(jìn)至660～720 m 范圍內(nèi)遇破碎帶，提出通過注漿方式加固破碎帶煤巖體，文章就對注漿加固技術(shù)方案以及應(yīng)用效果進(jìn)行分析，以期為其他礦井回采巷道破碎圍巖控制提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

1 工程概況

50302 運(yùn)輸巷巷寬4.5 m、巷高3.1 m，采用EBZ160 綜掘機(jī)沿3 號煤層頂板掘進(jìn)，采用錨網(wǎng)索方式支護(hù)圍巖。3 號煤層為礦井主采煤層之一，煤層厚度平均3.1 m，傾角3°～7°，賦存穩(wěn)定。3 號煤層直接頂為厚度0.5～12.7 m 砂質(zhì)泥巖，厚度變化較大，中間夾雜有少量植物化石；基本頂為細(xì)砂巖，厚度2.75 m，致密且堅(jiān)硬；直接底為泥質(zhì)粉砂巖，厚度3.97 m，中部夾雜煤線；基本底為粉砂巖，厚度7.5 m。

根據(jù)已有物探資料以及探測鉆孔探測資料顯示，50302 運(yùn)輸巷掘進(jìn)至560～720 m 范圍內(nèi)遇破碎帶，在破碎帶內(nèi)圍巖承載能力、穩(wěn)定性等較差，為此采用注漿方式對圍巖進(jìn)行加固，以期實(shí)現(xiàn)巷道高效掘進(jìn)以及安全使用。

2 注漿加固技術(shù)應(yīng)用

2.1 注漿加固必要性分析

當(dāng)巷道掘進(jìn)遇破碎帶時(shí)可采用加密錨桿索或者采用U 型鋼架棚方式強(qiáng)化圍巖支護(hù)，雖然可在一定程度上降低圍巖變形，但是由于破碎帶內(nèi)煤巖體中發(fā)育有大量裂隙，圍巖整體穩(wěn)定性及強(qiáng)度較差[6-7]。注漿后漿液在破碎煤巖體內(nèi)擴(kuò)展，并可將原本破碎的煤巖膠結(jié)為結(jié)構(gòu)相對完整的整體，提高煤巖體自身穩(wěn)定性，改善力學(xué)性質(zhì)（增強(qiáng)黏聚力及內(nèi)摩擦角）。

50302 運(yùn)輸巷頂板巖層為砂質(zhì)泥巖，在破碎帶內(nèi)裂隙發(fā)育同時(shí)容易出現(xiàn)風(fēng)化，巷道在破碎帶內(nèi)頂板控制難度大。若采用以往的錨網(wǎng)索支護(hù)方式勢必面臨較大的頂板下沉以及冒落風(fēng)險(xiǎn)。為實(shí)現(xiàn)巷道圍巖有效控制需對頂板以及巷幫進(jìn)行注漿，同時(shí)及時(shí)對圍巖進(jìn)行噴漿，降低圍巖風(fēng)化程度。

2.2 圍巖注漿加固方案

根據(jù)巷道掘進(jìn)前方破碎帶發(fā)育情況，為確保巷道圍巖穩(wěn)定，在巷道掘進(jìn)至破碎帶兩側(cè)10 m 范圍作為注漿加固起點(diǎn)及終點(diǎn)，以便確保巷道使用安全。

2.2.1 注漿鉆孔布置

在破碎帶影響范圍內(nèi)向在巷道頂板布置3 個(gè)注漿孔，中部注漿孔沿著巷道中線布置，其余兩個(gè)注漿孔距離巷幫間距均為0.8 m、外插角均為65°。布置的注漿孔深度均為8 m，鉆孔間排距均為2.0 m，鉆孔孔徑75 mm。

為確保巷幫圍巖穩(wěn)定，降低破碎圍巖給巷道及后續(xù)使用影響，在巷幫布置2 排鉆孔，鉆孔布置形式為矩形。上排鉆孔仰角10°，開孔位于頂板下方1 000 mm處；下排鉆孔與上排鉆孔間距1 000 mm，垂直煤幫施工。巷幫鉆孔孔深均為8 m，鉆孔孔徑50 mm。具體巷幫注漿鉆孔布置如下頁圖1 所示。

由于破碎帶內(nèi)煤巖體裂隙發(fā)育，為避免后續(xù)注漿過程中出現(xiàn)串孔情況，巷道鉆孔施工及注漿采用分次進(jìn)行，具體鉆孔分次施工及注漿布置如圖1 所示。一次鉆孔鉆進(jìn)、注漿完成后，再進(jìn)行二次鉆孔鉆進(jìn)、注漿工作。現(xiàn)場注漿時(shí)應(yīng)遵循先頂板、后巷幫順序。

圖1 注漿鉆孔布置示意圖（mm）

2.2.2 注漿材料及注漿參數(shù)

注漿材料為聯(lián)邦加固1 號，該種注漿材料含有A/B 兩種漿液，具有早強(qiáng)、速凝、結(jié)石率高、滲透性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，膠結(jié)強(qiáng)度以及凝結(jié)時(shí)間調(diào)整可通過調(diào)整水灰比實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)將水灰質(zhì)量比確定為0.8∶1.0 時(shí)注漿漿液擴(kuò)散效果較為顯著。注漿漿液在混合后3 min內(nèi)即失去流動(dòng)性；混合后15 min 漿液即完全固化；混合后8 h 煤巖體固結(jié)強(qiáng)度及粘結(jié)強(qiáng)度可分別達(dá)到12 MPa、2 MPa。

在破碎段巷道圍巖注漿加固時(shí)，將注漿孔封孔長度控制在2 m 以上，頂板、巷幫注漿壓力分別控制在4 MPa、6 MPa 以內(nèi)。注漿期間時(shí)刻關(guān)注圍巖，避免注漿壓力過大導(dǎo)致頂板或者巷幫煤巖體失穩(wěn)。若頂板、巷幫注漿時(shí)出現(xiàn)漏漿問題，可采用間斷注漿方式進(jìn)行處理，每次間斷時(shí)間控制在2 min 以內(nèi)；注漿一段時(shí)間后當(dāng)發(fā)現(xiàn)注漿漿液外溢嚴(yán)重或者達(dá)到設(shè)計(jì)壓力值后，即可停止注漿。

3 圍巖注漿加固效果

在掘進(jìn)至破碎帶期間采用頂板、巷幫注漿方式對圍巖進(jìn)行控制，并對50302 運(yùn)輸巷表層噴漿。支護(hù)方案應(yīng)用后監(jiān)測圍巖變形，具體結(jié)果見圖2 所示。從監(jiān)測結(jié)果看出，巷道注漿加固完成后頂板及巷幫噴漿層未出現(xiàn)開裂跡象，巷道圍巖變形量整體較小，其中在監(jiān)測期間（為期60 d）發(fā)現(xiàn)頂?shù)装濉⑾飵妥冃瘟糠謩e穩(wěn)定在142 mm、37 mm，頂?shù)装遄冃沃械坠牧空急瓤蛇_(dá)到65%，主要是由于底板未進(jìn)行支護(hù)導(dǎo)致。對破碎帶煤巖體注漿加固后，巷道圍巖變形量整體較小，同時(shí)頂板巖層穩(wěn)定，未有頂板冒落跡象出現(xiàn)。

圖2 圍巖變形監(jiān)測結(jié)果

4 結(jié)論

1）50302 運(yùn)輸巷掘進(jìn)過破碎帶期間面臨圍巖破碎、穩(wěn)定性以及承載能力差等問題，為此提出在巷道原有錨網(wǎng)索支護(hù)基礎(chǔ)上，采用注漿方式提高破碎帶煤巖體穩(wěn)定性及承載能力。依據(jù)掘進(jìn)巷道實(shí)際情況，對頂板以及巷幫注漿加固鉆孔布置方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，并提出分次注漿方式避免注漿過程中出現(xiàn)串孔。

2）現(xiàn)場應(yīng)用后，巷道在破碎帶內(nèi)掘進(jìn)時(shí)未有冒頂征兆發(fā)生，巷道表層噴漿層未有開裂跡象，同時(shí)巷道頂?shù)装濉⑾飵妥畲笞冃瘟糠謩e穩(wěn)定在142 mm、37 mm，圍巖變形量較小，可確保巷道使用需要。