寺河礦采動影響集中巷注漿補強技術優化

曹 璐

（晉城宏圣科威礦用材料有限公司，山西 晉城 048000）

1 概述

我國是一個煤礦大國，煤炭在我國能源結構中占有重要地位，對于我國經濟發展具有重要的促進作用[1-3]，是我國經濟發展不可或缺的能源資源。我國煤礦開采多以井工開采，井工開采需要開拓大量的巷道，目前，我國每年開采的巷道已達到1.2×104km，這些巷道的開拓需要對其進行支撐維護[4-6]，保證工作面的正常回采。隨著大量煤炭資源的開采，淺埋深煤炭資源已趨于殆盡，煤炭企業不得不向深部開采，深部開采面臨地應力大的威脅[7-8]，同時受到構造應力、采動影響、間隔煤柱小的問題，巷道受到不同程度的影響，出現了底鼓、幫鼓等礦壓顯現，嚴重威脅煤礦安全生產[9-10]。

為了消除底鼓、幫鼓等帶來的不利影響，注漿加固技術是消除不利影響的有效手段，通過注漿設備將漿液注入到圍巖裂隙中[11-12]，經過一段時間，漿液發生化學反應形成結石體，結石體將原來的破碎的圍巖形成一個完整的整體，改變原來圍巖的結構特征，提高圍巖穩定性，對于提高巷道穩定性具有重要意義[13-14]。

本文以晉能控股裝備制造集團有限公司寺河煤礦為試驗礦井，對其巷道進行注漿加固治理，已達到安全生產的目的。

2 工程概況

受構造應力、采動影響、間隔煤柱小等影響，東五盤區東翼新增輔運巷、東翼新增回風巷、東翼膠帶巷、東翼輔運巷4條集中巷出現不同程度的幫鼓、底鼓等問題，部分已經影響使用，因4條大巷作用重大、服務年限長，需要針對4條大巷開展維修加固工程，使巷道圍巖穩定，維護巷道斷面，保障長期安全使用。新增輔運巷與新增回風巷之間凈煤柱寬度15.5m，新增回風巷與膠帶巷之間凈煤柱寬度15m，膠帶巷與輔運巷之間凈煤柱寬度15m。

4條大巷位置關系如圖1所示。

圖1 4條大巷位置關系示意圖

3 原注漿和錨索補強方案

3.1 原注漿方案

4m孔：鉆孔上、中、下排矩形布置。上排孔距頂板0.5m，仰角6°；中排孔距上排孔1.2m，仰角0°；下排孔距中排孔1.2m，仰角0°；如果下排孔距離底板超過1.7m，在下排孔和底板中間位置補打一個鉆孔。排距2m，孔徑42mm。

8m孔：鉆孔上、中、下排矩形布置。上排孔距頂板1m，仰角10°；中排孔距上排孔1.2m，仰角0°；下排孔距中排孔1.2m，仰角0°；如果下排孔距離底板超過1.5m，在距底板0.5m 的位置補打一個鉆孔。排距2m，孔徑42mm。4m、8m孔布置方式詳見附圖2所示。

圖2 4m、8m鉆孔調整后布置形式

注漿材料及水灰比：采用雙液注漿材料，注漿水灰比（0.6～0.8）∶1，巷幫破碎嚴重，漏漿嚴重時適當降低水灰比，巷幫裂隙不發育，注漿難度較大時，可增大水灰比；封孔時建議水灰比（0.6～0.7）∶1。

注漿設備：三條進風巷采用ZBYSB40/22-7.5kW液壓注漿泵，QB260攪拌桶進行制漿注漿，回風巷可以采用液壓注漿泵或者2ZBQS25-6 礦用氣動注漿進行注漿。

封孔深度：淺孔封孔深度應在0.5～1m；深孔封孔深度應在1.5～2m。

注漿方式：全部鉆孔采用埋孔口注漿管，孔內下花管，全長一次注漿施工。淺孔4m，注漿孔花管長度2m；深孔8m，注漿孔花管長度為2m。

注漿壓力：淺孔注漿終止壓力4～6MPa，深孔注漿終止壓力6～10MPa，根據現場情況進行調整。

注漿施工過程中，必須保證注漿壓力，出現局部漏漿時采取相應措施，堵漏或壓水后復注，漏漿嚴重導致停注的區域補打注漿孔。

3.2 原錨索補強方案

頂板錨索形式和規格：錨索材料為?22mm，1×19結構高強度、低松弛預應力鋼絞線，長度5300mm，鉆孔直徑?30mm。錨固方式：加長預應力錨固，采用一支MSK2335和兩支MSZ2360樹脂錨固劑錨固，錨固長度1970mm。錨索托板：采用300mm×300mm×16mm高強度可調心托板及配套鎖具，承載能力不低于550kN。錨索布置：未有錨索支護的兩排錨桿之間打設4 根錨索，間距1400mm；已有錨索支護的兩排錨桿之間打設2 根錨索，與已有錨索間距1200mm。錨索排距1000mm，全部垂直頂板巖層打設。錨索預緊力250～300kN。

圍巖錨索形式和規格：錨索材料為?22mm，1×19結構高強度、低松弛預應力鋼絞線，長度5300mm，鉆孔直徑?30mm。錨固方式：加長預應力錨固，采用一支MSK2335和兩支MSZ2360樹脂錨固劑錨固，錨固長度1970mm。錨索托板：采用300mm×300mm×16mm高強度可調心托板及配套鎖具，承載能力不低于550kN。錨索布置：每排打4 根錨索，錨索間距1100mm，排距1000mm，垂直巷幫打設。網片規格：采用鋼筋網片護幫，規格為2000mm×1200mm，每排每幫兩片網片相互勾接，并用雙股16#綁絲相連。錨索預緊力150kN。

4 存在問題

目前正在新增回風巷實施注漿和錨索補強，注漿按照方案中的4m、8m 兩組孔深實施，幫錨索長度4.3m，同時調研了膠帶巷現場情況，存在的主要問題如下：

（1）現場注漿水灰比偏高。實際水灰比約1∶1，主要問題是工人擔心堵管，刻意調大水灰比，水灰比過大一方面造成凝固速度減慢，漏漿問題突出，另一方面雖然可以凝固，但強度偏低，于注漿效果十分不利；

（2）注漿竄孔嚴重。注漿鉆孔按間排距布置集中打設，間距較小，由于內部裂隙十分發育，注漿時竄孔嚴重；

（3）膠帶巷臨近新增回風巷一側施工困難。膠帶巷臨近新增回風巷一側大部分區域幫部鼓出十分嚴重，離皮帶架很近，空間不足，且不計劃進行擴幫，人員可以勉強可以進入，但無法打孔注漿，也無法打鉆施工錨索；

（4）新增回風巷幫錨索錨固力不足。由于錨索補強和注漿單獨作業，由于煤柱變形量大，內部裂隙十分發育，錨索施工時，錨固端無有效著力點，導致錨固力嚴重不足。

5 注漿優化

5.1 水灰比優化

注漿加固體強度是保障注漿加固效果的重要因素，大巷注漿加固必須保證材料強度，從而提高圍巖整體強度，才能達到良好的效果，必須保證水灰比，設計水灰比0.8∶1，每桶加8～9袋料，最低不能少于8袋。

5.2 注漿竄孔優化

為保證注漿效果，減少竄漿，建議采用循環注漿方式。

（1）設置每20m巷道長度為一個注漿循環，每個循環內先（打）注4m孔，后（打）注8m孔。

（2）鉆孔施工順序。先打下部鉆孔，再打中部鉆孔，最后打上部鉆孔。鉆孔施工時。下部孔施工采用間隔打孔方式，有利于防止漏漿，實施完畢后，再返回實施中間排鉆孔，下部孔全部實施完畢后，再依次往上施工。

（3）間隔打孔方式下，注漿和打鉆不沖突，可同步進行。

5.3 膠帶巷側注漿優化

膠帶巷臨近新增回風巷一側空間不足，造成注漿鉆孔施工困難。針對無法施工鉆孔、插管注漿困難的問題，計劃從新增回風巷一側施工深孔，從新增回風巷對膠帶巷煤柱側進行注漿。

從新增回風巷一側施工鉆孔，第1 個孔先打穿煤柱，測試煤柱實際寬度，剩余鉆孔可以根據測試的實際煤柱寬度設計孔深，保證膠帶巷一側留下2～3m 的止漿墻。

鉆孔布置：布置上下兩排，上排距離頂板1m，下排距離底板1m，同排鉆孔之間間距2m。鉆孔深度12m。鉆機采用手持風鉆、麻花鉆桿，孔徑42mm，如果手持風鉆無法滿足施工要求（深度不夠）時，換用架柱式鉆機，孔徑50mm。

5.4 新增回風巷巷幫錨索施工

對于新增回風巷和膠帶巷之間煤柱，寬度15m 左右，采用對穿錨索方案。錨索布置間排距不變，施工對穿鉆孔，安裝錨索，錨索長度建議15.5m 左右，從新增回風巷一側張拉預緊，達到雙側補強目的。該方式預緊力大小不受注漿影響，先注漿后再進行錨索施工，否則錨索孔會成為將來漏漿通道，對穿錨索安裝剖面如圖3所示。

圖3 對穿錨索補強示意圖（單位：mm）

為了防止煤柱變形過大對穿錨索出現破斷彈出，在對穿錨索安裝后，需要對對穿錨索進行注漿全長錨固。具體實施步驟如下：

（1）施工對穿錨索鉆孔；

（2）將對穿錨索從新增回風巷一側穿入，在膠帶巷一側穿出，在膠帶巷一側安裝鎖具和托盤；

（3）在新增回風巷一側，鉆孔內塞入1根1216鋁塑管，長度8m 左右，在孔口填塞棉紗，填塞深度越大越好，做好封孔工作；

（4）安裝托盤鎖具。托盤采用特制托盤，在錨索眼旁邊10mm 左右位置開一小孔，孔徑16～20mm，安裝托盤時，將錨索從錨索眼穿過，將鋁塑管從小孔穿過，上鎖具，張拉預緊，注意不要破壞鋁塑管；

（5）利用氣動注漿泵管路連接鋁塑管，采用雙液注漿材料，水灰比（0.6～0.8）∶1，對錨索孔進行注漿；

（6）注滿為止，注漿終止壓力設計約4MPa左右，注漿完畢后，將鋁塑管彎折，避免漿液泄露，30min左右注漿材料強度即達到設計值。如果發現張拉預緊過程中，對鋁塑管會產生嚴重破壞，導致無法注漿，則需要調整工藝，將錨索從膠帶巷一側穿出后，先在膠帶巷一側孔口填塞棉紗封孔，然后再安裝托盤鎖具，在新增回風巷一側填塞棉紗和鋁塑管，先注漿，注漿完畢可以將鋁塑管剪斷，再上普通托盤鎖具，張拉預緊。但此種方式錨索并非全長預緊，效果不好，非必要情況下不建議采取。

6 結束語

寺河礦為了避免受構造應力、采動影響、間隔煤柱小等影響的集中巷道影響工作面正產回采，對巷道原支護注漿加固方案提出了有效的優化方案，有效保證了工作面的安全生產，避免了巷道底鼓、幫鼓對工作面生產的影響，受構造應力、采動影響、間隔煤柱小等影響。