基于注漿技術的礦井巷道加固修復研究

高江濤

（潞安化工集團阜生煤業，山西 晉中 030600）

我國是一個煤礦大國[1]，煤礦在我國能源結構中占有重要地位，煤炭對于我國經濟發展具有重要的促進作用，我國煤礦開采大部分屬于井工開采，井工開采需要開采大量的巷道，隨著我國開采深度的逐漸增加[2-3]，大部分礦井已進入深部開采階段，深部開采面臨高地應力的影響，對巷道產生影響，造成巷道的變形破壞，給生產造成了威脅，因此，需要進行多次返修，而注漿技術是進行圍巖加固的有效手段，對于圍巖穩定具有很好的效果[4-7]。本文以山西寺河礦為試驗礦井對其運輸巷和膠帶巷進行注漿加固治理。

1 工程概況

寺河礦東五盤區東翼輔助運輸巷和膠帶巷為盤區主要巷道，服務于整個東五盤區，兩條巷道平行相鄰，輔助運輸巷在膠帶巷南側。輔助運輸巷南側依次為新掘的東五盤區東翼回風1 巷、東五盤區東翼回風2 巷、53033巷、5303工作面（已采），膠帶巷北側為100m寬煤柱，煤柱以北為53043巷、5304工作面。位置關系如圖1所示。其中，膠帶巷與東翼輔助運輸巷之間煤柱寬度15m，東翼輔助運輸巷與東五盤區東翼回風一巷之間煤柱寬度10m，東五盤區東翼回風一巷與東五盤區回風二巷之間煤柱寬度10m，東五盤區回風二巷與53033巷之間煤柱寬度35m。

圖1 工作面巷道位置布置圖

2 巷道破壞特征

受5303 工作面采動影響，以及采空區側向支承壓力影響，目前東五盤區東翼輔助運輸巷和膠帶巷變形破壞嚴重。其中輔助運輸巷，原寬5m，8#橫川以里現寬3.6～3.8m，部分區域寬3.1m；11#橫川以里架棚支護，棚腿為U型鋼，巷高僅剩2.6～2.7m，22#～23#橫川范圍巷高不足2m，寬3.6m，輔助運輸巷北幫為15m煤柱，北幫錨索受力小，說明北幫15m煤柱已經屈服破壞，錨索隨煤幫發生整體位移。

東五盤區輔助運輸巷需要過膠輪車等大型設備，從破壞情況來看，東五盤區輔助運輸巷不能正常使用，膠帶巷情況略好，但同樣無法正常使用，需要采取治理措施。

3 巷道治理原則及修復思路

3.1 巷道治理原則

（1）巷道兩幫是注漿加固的重要區域，防止兩幫圍巖變形量大導致巷道無法使用。

（2）兩條巷道之間的保護煤柱已經處于完全屈服破壞狀態，應作為加固的重點，必須對保護煤柱進行注漿加固，同時，在進行圍巖擴幫時選擇另外一邊進行施工作業[8-10]。

（3）由于兩條巷道之間的保護煤柱已經處于屈服破壞狀態，處于極不穩定狀態，應先進行注漿加固作業再行擴幫，同時，巷道變形破壞深度較大，為了防止在進行圍巖擴幫時發生片幫事故，要進行一定深度的注漿加固，當漿液凝固保護煤柱穩定后在進行擴幫作業[11-13]。

（4）由于煤體表層極度破碎，為了防止深部注漿過程中漏漿造成注漿材料的浪費，應在深度注漿前先對圍巖表層進行注漿，形成止漿層，有效降低漿液漏失量[14-15]。

（5）采動影響下極易造成底鼓的發生，5304工作面處于開采過程中，其極易造成相鄰巷道發生底鼓，因此，為了防止二次底鼓清理的發生，應在5304工作面回采結束后再進行。

3.2 巷道修復思路

3.2.1 膠帶運輸巷治理思路

輔助運輸巷與膠帶運輸巷位置關系如圖2所示。

圖2 輔助運輸巷與膠帶運輸巷位置關系

（1）北幫淺孔注漿后擴幫。在巷道北幫進行淺孔注漿，采用雙液速凝注漿材料，注漿鉆孔深度4m，加固擴幫深度范圍的煤體，淺孔注漿完畢后擴幫；

（2）北幫注漿加固。注漿錨桿和注漿錨索配合，采用雙液速凝注漿材料全長錨固，注漿錨索長度6m；

（3）南幫噴漿注漿。在巷道南幫和東五盤區輔助運輸巷北幫噴漿，噴漿層厚10cm，噴漿后采用超細水泥注漿材料注漿加固，注漿后采用8m 長錨索補強，或者采用16m長錨索對煤柱對穿補強。

3.2.2 輔助運輸巷治理思路

（1）南幫淺孔注漿后擴幫。在巷道南幫進行淺孔注漿，采用雙液速凝注漿材料，注漿鉆孔深度4m，加固擴幫深度范圍的煤體，淺孔注漿完畢后擴幫；

（2）南幫注漿。注漿錨桿和注漿錨索配合，采用雙液速凝注漿材料全長錨固。注漿錨索長度6.3m；

（3）北幫注漿。北幫為15m寬煤柱，在北幫噴漿，同時在膠帶運輸巷南幫噴漿，厚度10cm，噴漿后采用超細水泥注漿材料注漿加固，注漿鉆孔深度8m，然后采用8m長錨索補強，或者采用16m長錨索對煤柱對穿補強；

（4）頂板注漿。對頂板變形破壞嚴重的區域噴漿，噴漿后施工鉆孔注超細水泥注漿材料；

（5）底板加固。打底角注漿鉆孔，加固底角。

4 巷道治理技術

膠帶運輸巷和輔助運輸巷在巷道南北幫治理基本一致，將二者治理技術進行整合。

4.1 北幫注漿擴幫

為保證巷道斷面能夠滿足使用，首先對北幫進行擴幫，由于煤體破碎，為防止擴幫過程中出現煤幫大面積片幫或者擴幫成型不規則，需要先對北幫擴幫范圍注漿加固。淺部注漿鉆孔布置上、下兩排鉆孔，“三花”布置，上排孔距離頂板1m，下排孔距離上排孔1m，上排孔仰角15°，下排孔垂直于煤幫，兩排鉆孔間距均為4m，設計孔深4m，采用?42mm 孔徑，見圖3。注漿材料使用無機雙液注漿材料，組成材料全部為無機礦粉，具備不自燃、無毒、無腐蝕、無污染特性，是完全環保型注漿材料，是一種快凝、早強型注漿材料，同時也具備較強的可注性，較為適合巷道破碎圍巖、采掘工作面注漿加固需要，性能主要表現為快凝、早強、高滲透性、結石率高等特性，凝結時間和膠結強度可調。水灰比使用0.8∶1，8h抗壓強度和抗剪強度可達到12.9MPa、2.8MPa，結石率可達100%，漿液擴散半徑為3～6m[16-17]。

圖3 淺孔注漿鉆孔布置圖

4.2 南幫噴漿注漿

幫頂注漿加固前，必須對幫頂進行噴漿封閉，避免注漿漿液外流，影響注漿效果。噴射混凝土厚度100mm，噴漿強度C20，噴射混凝土時，噴層不得出現赤腳、穿裙、蜂窩等現象；噴射拌料必須嚴格按照比例配制，C20噴射混凝土配比，水泥∶黃砂∶石粉=1∶2∶2（重量比），水灰比為0.45，每立方米C20混凝土用量（kg/m3），水泥433kg，黃砂886kg，石子886kg；拌好的混凝土上噴漿機時，摻入速凝劑，摻和量為水泥重量的4%。

為減小施工量，南幫全部噴漿，頂板只噴一半范圍。為了防止輔助運輸巷北幫漏漿，對輔助運輸巷北幫和一半頂板也要采取噴漿措施。在南幫施工注漿鉆孔，布置上、下兩排，“三花”布置，上排孔距離頂板1m，下排孔距離上排孔1m，兩排孔均垂直于煤幫打設，兩排鉆孔間距均為6m，設計孔深12m，采用?42mm 孔徑。注漿材料使用單液，該材料3d 抗壓強度可達26MPa，滲透半徑5～8m。南幫采用錨索補強，長錨索對15m 煤柱對穿加固，錨索間排距設計為1.5m×1.5m。使用鎮江長城注漿設備有限公司的ZBYSB40/22-7.5 型液壓注漿泵，注漿壓力0～22MPa，最大流量40L/min，在泵隨注漿壓力變化而自動調節排漿量時，能自動保持兩種漿液的配比不變。與之配備的攪拌桶使用的是型號QB260的煤礦用氣動式攪拌桶，該攪拌桶具有重量較輕、易于移動的、適用于經常變換地點的注漿施工的優點，注漿壓力設置為8MPa 左右，注漿過程中應注意壓力不可過大，防止破壞噴漿層，注漿量原則上注滿為止，當達到注漿壓力上限或者漏漿難以封堵時，停止注漿，根據經驗單孔注漿量在80袋左右，如果平均注漿量遠小于此值，應重新開孔注漿。南幫注漿鉆孔布置如圖4所示，錨索補強鉆孔布置如圖5所示。

圖4 南幫注漿鉆孔布置圖

圖5 錨索補強示意圖

4.3 頂底板治理

對于頂板破碎區域，在周邊10m范圍噴漿，向頂板開孔注漿。鉆孔采用深淺孔交替布置形式，淺孔每排3個鉆孔，排距3m，鉆孔深度3m，中間孔垂直于頂板，兩側鉆孔與頂板夾角45°，鉆孔直徑為42mm；在兩排淺孔之間進行深孔施工，排距3m，每排3 個鉆孔，鉆孔深度均為8m，與淺孔布置方式相同，鉆孔直徑為42mm。對于底板，如果現階段能夠滿足使用，先不清底，等5304工作面回采完畢，先清底，在煤幫注漿時增加一排底角鉆孔，底角鉆孔與水平面夾角45°，孔深4m，孔徑42mm，現場施工可根據原錨桿、錨索以及瓦斯抽放孔的施工情況局部調整位置，應盡量施工在空擋區域，且距錨索、瓦斯抽放孔有適當距離。頂底板鉆孔布置分別如圖6和圖7所示。

圖6 頂板鉆孔布置示意圖

圖7 底板鉆孔布置示意圖

5 治理效果

治理結束后采用十字交叉法對七邊形進行監測，注漿后原不穩定煤巖體在漿液的作用下形成穩定的整體，起到很好加固作用，巷道服務周期長，巷道返修頻率低，巷道變形小，兩幫以及頂底板位移量小，達到很好的穩固作用，有效降低了巷道維修工程以及成本。

6 結語

通過向煤巖體內部注漿形成的結石體，能夠大大提高圍巖的穩定性，其應力特征得到改變，兩幫以及頂底板位移量小，改善了井下作業環境，確保巷道長期穩定安全，對于類似條件下的同類型巷道治理與施工提供參考。