注漿技術在深部開采巷道圍巖控制中應用

白玉峰

（山西焦煤西山煤電斜溝煤礦，山西 興縣 033699）

引言

注漿是實現巷道圍巖有效控制的主要技術措施之一，在松散破碎圍巖巷道支護中應用呈增加趨勢[1-2]。山西某礦現巷道掘進深度為690 m，受采動壓力、地應力等因素影響，巷道圍巖呈變形量大、施工難度高等問題，給后續使用帶來影響。為確保巷道使用安全，礦井安排多組專業巷道修整隊伍，輪班對變形嚴重巷道進行修整。1130 巷主要服務于3 采區11#煤層通風、行人以及材料運輸等工作，受到鄰近的11301、11303 等綜采工作面影響，巷道變形嚴重。1130 巷沿著11#煤層掘進，巷道上覆存在有粉砂巖偽頂、直接頂巖性為細砂巖，底板為泥巖。1130 巷圍巖松軟、變形嚴重，給巷道正常使用帶來制約，常規的架棚支護或者錨桿、金屬網掛網支護僅能維持巷道斷面3～5 個月。為此，文中提出采用注漿技術對1130 巷圍巖變形進行控制。

1 工程概況

1130 巷設計斷面為直墻半圓拱形，巷道掘進長度為790 m，巷道受到鄰近采掘作業面動壓、埋深較深以及圍巖承載能力差等多因素影響，變形破壞嚴重。巷道原支護采用錨網索噴方式。為掌握巷道圍巖裂隙發育情況，并為后續注漿加固工作開展提供指導，采用鉆孔窺視技術對窺視巷道周邊裂隙擴展情況，具體窺視成果如圖1 所示。

圖1 鉆孔窺視成果圖

從圖中看出，巷道圍巖松動圈分布范圍約為1.5 m，在距離巷道外輪廓線1.2 m 處存在有一層薄煤層；巷道周邊淺部巖體裂隙較為發育，在距離巷道外1.5 m以上位置時圍巖裂隙不發育。巷道圍巖注漿時4.3 m長注漿錨索可滿足圍巖控制需要，用注漿錨索注漿時出漿口距離巷道壁約2.3 m，通過注漿可將錨索由端錨改為全錨，同時注漿漿液在圍巖裂隙中擴展，可提升巷道圍巖巖體整體穩定性及強度，擴大錨索整體支護范圍并改善支護效果[3-6]。

2 巷道支護技術措施

2.1 錨索布置方案

1130 巷圍巖支護采用聯合支護技術，通過中空注漿錨索實現錨索全錨并增強圍巖穩定性。通過使用注漿錨索后，可改善圍巖原有的力學性質，同時結合以往采用的支護手段，可在形成噴漿+金屬網+錨梁+錨索+注漿聯合支護方案[7-9]。具體巷道支護斷面，如下頁圖2 所示。

在巷道支護時首先對1130 巷斷面進行修整，使得巷道中高、底寬可分別達到3.5 m、5.2 m，后在巷道表面掛網、噴射混凝土，噴漿完成后再采用全錨索+鋼梁方式支護圍巖。巷道支護時采用中空錨索規格為21.6 mm×4 200 mm，按照1 000 mm×1 000 mm 間排距布置，布置見圖2-1 所示；同時提高圍巖支護強度，采用規格21.6 mm×8 300 mm 中空錨索補強支護，布置間排距為2 000 mm×1 500 mm，支護斷面見圖2-2所示。

圖2 巷道支護示意圖

2.2 注漿工藝

2.2.1 注漿水灰比及注漿壓力

根據以往注漿加固經驗并結合現場條件，注漿材料選用水泥單液漿。根據相關研究成果獲取到的水泥單液漿不同水灰比時強度、黏度統計結果見表1 所示。當注漿漿液水灰比為0.7∶1 時漿液膠結1 d 后強度較高，但是可注性較差，容易出現漿液堵塞、注漿效率偏低，不利于現場注漿工作開展。但是隨著注漿漿液水灰比增大，減個壓可注性有所提升，但是漿液固結后強度會明顯降低。依據現場注漿需要，將水灰比確定為0.8∶1 時，不僅可提高注漿效率而且可滿足圍巖注漿加固需要。注漿壓力設計為2 MPa。

表1 水泥單液漿不同水灰比時強度、黏度統計結果

2.2.2 注漿流程

注漿漿液用QJB-500 單攪拌桶攪拌，注漿設備采用2ZBQ11.5/3 注漿泵，該注漿泵動力源為井下壓風（風壓0.63 MPa），注漿泵額定工作壓力0～6 MPa。注漿管路鋪設完成后開始注漿，在注漿時單攪拌桶保持低速轉動，若發現注漿孔出現漏漿時則先暫停30 s，并通過人工或者其他材料封堵漏液縫隙。

2.3 現場注漿情況分析

結合1130 巷現場圍巖情況，調整好注漿漿液水灰比后，首先清洗注漿系統管路以及注漿設備，并開始注漿。在注漿期間應時刻關注中空注漿錨索周邊漏漿情況，若發現漏漿時技術停注并對漏漿縫隙進行封堵。待注漿壓力升至2 MPa 且穩壓超過30 s 時即可停止注漿。記錄完成注漿孔編號、注漿量及注漿時間，后開始下一鉆孔注漿。具體記錄的部分注漿孔注漿參數，如表2 所示。

表2 鉆孔注漿量統計結果

從表2 看出，不同注漿孔間注漿量存在明顯差異，注漿鉆孔單孔平均注漿量為65.7 L。單個注漿鉆孔孔徑為27 m、采用的注漿錨索直徑為22 mm，除去錨固劑及錨索體積后，鉆孔內剩余體積約為0.65 L。注漿鉆孔單孔注漿量（65.7 L）是注漿鉆孔剩余體積的100 倍，表明注漿過程中注漿漿液絕大部分進入到鉆孔周邊孔隙中，并在孔隙中膠結，起到加固圍巖目的。通過采用中孔注漿錨索、注漿加固，可實現錨索全錨并提高加固區內圍巖強度目的。

不同注漿鉆孔注漿漿液存在差異的主要原因為：注漿順序。注漿量受鉆孔注漿順序影響，由于注漿鉆孔周邊存在有裂隙，先注漿鉆中漿液會順著裂隙向周邊鉆孔擴散，導致本鉆孔注漿量增加或者鄰近鉆孔注漿量降低；部分鉆孔施工位置裂隙不發育，導致注漿漿液在壓力作用下僅注入少量漿液；中空注漿錨索部分出漿口可能被錨固劑封堵，導致注漿阻力增大或者注漿漿液流動不通暢，進而使得單孔注漿量降低。

3 巷道圍巖控制效果分析

1130 巷圍巖綜合使用“錨網+表層噴漿+錨梁+錨索+注漿”支護方案后，圍巖變形控制效果較好，巷道后續圍巖修整工作量明顯降低。布置測點對頂底板及巷幫變形量進行監測，具體測定結果，如下頁表3所示。從表中看出，支護完成后圍巖變形控制效果較好；采用注漿加固巷道圍巖后，可顯著提升巷道使用實現并減少后期使用過程中圍巖修整工程量，可滿足巷道長時間使用需要。

表3 圍巖變形監測結果

4 總結

1130 巷在地應力、采動壓力等因素綜合影響下圍巖變形量較大，原采用的錨網索支護方式下巷道需要間隔3～5 個月修整一次，巷道面臨修整工程量大、投入高以及圍巖控制困難等問題。為此，提出將注漿加應用到1130 巷圍巖控制中，通過使用全錨支護方式以及巷道斷面全注漿（底板除外），提高圍巖自身承載能力及錨索支護效果。依據1130 巷現場實際情況，對注漿加固鉆孔布置及注漿工藝等進行分析，現場應用后巷道圍巖變形得以有效控制，監測360 d 時頂底板、巷幫累積表現量分別為205 mm、695 mm；巷道修整周期由以往的3～5 個月提升至1 年以上，可大幅縮增加巷道修復周期并減少修復投入。