礦井深部大變形巷道注漿加固技術應用

葉東生

（陜西陜煤澄合礦業有限公司，陜西 渭南 714000）

陜煤西固煤業公司-120 m 水平主運輸大巷（以下簡稱大巷）隨礦井開采水平延伸及密集巷道布置、21 采區回采結束等影響下，巷道上部巖層應力重新分布，圍巖結構受到破壞，造成局部巷道底板出現不同程度的底鼓、頂部漿皮大面積離層、巷道變形量難以控制等問題，嚴重影響礦井正常生產及物資運輸效率。針對該大巷350～520 m 段現狀，在原有注漿施工經驗的基礎上，通過分析變形巷道上部圍巖的破碎帶范圍后，決定采用深孔注漿加固+錨網支護的組合支護技術。應用表明，該技術順利解決大巷變形量大、影響正常安全生產的問題。

1 工程概況

大巷為礦井主運輸大巷，全長1 095 m，承擔著礦井人員運輸、物料運輸、排水等功能。巷道主要層位為細粒砂巖與泥質砂巖，采用直墻半圓拱斷面，錨網索噴支護形式。巷道規格為：凈寬×凈高=5.6 m×4 m，噴層厚度100 mm，底板基礎深度100 mm，噴砼強度C20。受21 采區回采結束，巷道上部巖層應力重新分布，圍巖結構受到破壞影響，目前350～520 m 段局部巷道頂底板及幫部均出現整體變形收斂，變形量平均500 mm。巷道底鼓及頂部漿皮離層現象普遍，局部離層漿皮直徑達到500～800 mm，造成錨網支護體外露銹蝕，個別錨桿出現端部被巖層錯斷及錨索鎖具脫落等支護體失穩、失效現象。巷道底鼓量達到平均500 mm，局部甚至達到1 200 mm，呈現出“中高兩低”的三角形狀。巷道的整體變形及離層漿皮、失效支護體嚴重威脅著人員安全及礦井運輸、生產組織等工作的正常進行。

2 注漿技術特點

注漿加固技術在井工煤礦及隧道等工程中對巷道圍巖破碎、頂板管理困難、巖壁滲水等施工起到了改善巷道圍巖條件、控制圍巖變形、增強巷道圍巖穩定性及巷道支護強度、減少圍巖裂隙、降低淋水量等作用。主要技術特點有以下三點：

1）充填圍巖縫隙。在漿液充填進巷道圍巖裂隙凝結后，提高破碎圍巖的膠結程度，當巷道圍巖出現變形或應力加大時，漿液固結體的膠結能力和韌性起到支撐作用，調動圍巖體的整體抗壓強度，抑制圍巖應力對支護體的破壞[1-4]。

2）提高主動支護強度。巷道圍巖的破碎巖體經注漿加固后，松散巖體經過漿液的充分填充及膠結，巖體內部裂隙減少、滑移受限，提高巷道圍巖的整體性，進一步增加錨網支護體錨固端錨固面積及長度，進一步增強錨網主動支護的“組合拱”作用，抑制巷道圍巖在應力作用下產生大面積變形，實現巷道支護體穩定、圍巖變形量小的目標。

3）切斷裂隙水聯通。巷道圍巖受裂隙水的長期侵蝕，使巖石的力學性質發生根本性改變，特別是在泥巖、砂質泥巖等具有膨脹性的巖體中，造成巷道圍巖承載能力及整體性變差。通過注漿加固可充分填充圍巖裂隙，切斷水力聯系，降低裂隙水對圍巖的侵蝕及弱化，增加圍巖整體性及支護體系的恒定性。

3 注漿工藝

3.1 注漿材料

注漿采用以水泥漿為主，水泥型號為425#普通硅酸鹽水泥，發現漏漿時采用水泥漿及水玻璃雙液漿。注漿管采用φ25 mm 的一般焊接管加工，注漿管長度3 m，一端車絲長度不小于50 mm，另一端自端頭至1.2 m 范圍打8 個φ14 m 小孔（小孔在管壁環繞中心成螺旋狀均勻布置，小孔間距100 mm）。

3.2 注漿設備

注漿施工采用2TGZ-60/210 型煤礦專用雙液注漿泵，該設備缸徑為60 mm，活塞行程210 mm，注漿泵工作壓強最小值為2 MPa，最大值為8 MPa，活塞往復次數有四個速度，可隨意改變排漿量和注漿壓力，能有效地擴大漿液的充塞半徑。

圖1 2TGZ-60/210 型煤礦專用雙液注漿泵

3.3 施工工藝

本次注漿采取淺孔注漿及深孔注漿相結合的方式進行施工，施工前首先對注漿區域頂幫漿皮離層處進行處理，確保施工安全后，方可開始注漿施工。

（1）鉆孔施工順序。按照“由下向上、先幫后頂”的原則施工注漿孔。

（2）鉆孔參數。由于巷道圍巖在長期高應力作用下裂隙較為發育，根據施工經驗，漿液擴散半徑取為1 m；注漿孔設計孔徑38 mm、淺孔深度1.5 m、深孔深度4 m，淺孔注漿孔排距2 m、間距2 m，深孔注漿孔排距3 m、間距2 m，淺孔與深孔呈“三花”狀交替布置（遇漿皮離層嚴重或壁后空洞區較大時，可適當調整注漿孔位置），注漿設計斷面如圖2 所示。

圖2 注漿設計斷面

3.4 注漿工序

安裝注漿管→注清水試驗→制漿→注漿→對下一個注漿孔注漿→停機清洗→卸除球閥。其中：

（1）安裝注漿管：注漿管裝入孔后外露長度不超150 mm，不小于50 mm，之后在端頭安裝直徑25 mm 球形截止閥，并在孔口使用麻繩及編織袋配合封孔膠對注漿孔0～0.5 m 進行封堵，眼口四周使用水泥進行摸封，確保注漿時漿液不泄露。

（2）注清水試驗：在攪拌桶內放入適量的水進行試驗，檢查注漿泵、管路連接及球閥等方面是否存在問題。

（3）制漿：開灌漿水灰比采用0.7∶1，當壓力不回升而吸漿量增大時，再進行調整，水玻璃比1∶1～1∶0.5，在攪拌桶中放入定量的水，逐漸加入水泥，攪拌機均勻攪拌10 分鐘即可，并在放漿口處設置過濾網，以防結塊水泥等雜物吸進漿管內，注漿漿液配制比例如表1 所示。

表1 注漿漿液配制比例

（4）注漿：注漿開始后壓力持續上升，淺孔終壓不得大于2 MPa，深孔注漿終壓不得大于4 MPa，單孔達到設計壓力，并持續10 分鐘不吸漿，即可停機開啟泄壓閥后才能換注漿孔。

（5）停機沖洗及拆除球閥：注漿結束后在攪拌器中加入一定量清水沖洗注漿泵及管路，并至少6小時后方可拆除球閥，拆下的閥門要及時沖洗干凈，然后涂抹機油備用。

3.5 工藝要點

（1）注漿時必須觀測孔周圍巷道及井壁變化情況，發現井壁鼓出時要立即停止注漿，發現漏漿時，要根據現場情況調整漿液濃度及使用水泥漿、水玻璃雙液漿，如持續漏漿應立即停止注漿查明原因，打開泄漿閥，查明情況，妥善處理。

（2）漿液濃度現場配制，攪拌漿液不早于注漿前20 分鐘。

（3）制作水泥漿液時，必須首先對水泥質量進行檢查，發現失效硬塊水泥不得投入使用，水泥漿必須充分攪拌均勻，符合設計水灰比。

（4）所有注漿管路接頭必須使用標準的U 型卡，高壓管的強度符合要求。

（5）注漿泵必須安裝壓力表，無壓力表監測控制嚴禁注漿。

（6）當達到規定注漿壓力時，持續10 分鐘即停止注漿，等待時間必須超過6 個小時以上方準拆除孔口截止閥。

（7）停機順序為先關閉注漿泵，再關閉注漿管端頭處閥門，然后打開卸壓閥進行卸壓后方可卸下U 型卡，取下注漿管路進行處理。

（8）注漿間歇或注漿結束必須沖洗注漿管路。

（9）注漿期間，作業人員不得少于4 人，并有專人負責詳細記錄注漿孔號及注漿量，并填寫注漿記錄。

4 應用分析

4.1 注漿材料消耗

大巷350～520 m 段注漿加固工程共施工注漿孔345 個，注漿水泥使用量236 t、水玻璃20 t。

4.2 注漿施工分析

（1）注漿前期為掌握漿液在孔內擴散情況，首先施工巷道下幫肩窩位置注漿孔，經過預注試驗發現，在注漿期間漿液向幫部擴散量較小，在壓力達到2 MPa 幷持續3 分鐘后，漿液向巷道頂部擴散；同時，由于巷道頂部巖體離層較為嚴重，導致注漿孔上方1 m 范圍跑漿量大，需采取加大注漿配比至2∶1，調整注漿泵流量，采取注3 分鐘停20 秒的間歇注漿措施，跑漿現象基本得到控制。

（2）在處理巷道漿皮離層、預埋注漿管后，對巷道頂部注漿期間相鄰的注漿孔跑漿嚴重，可判斷位于巷道頂部的相鄰的注漿孔存在裂隙導通，為減少相鄰注漿孔之間跑漿情況，采取處理離層漿皮后，首先對離層范圍進行薄噴、區域性預埋注漿孔，采用分段注漿、交叉換孔的施工方式，跑漿現象才能得到徹底控制。

4.3 礦壓監測分析

通過對大巷350～520 m 段注漿加固后，進行了為期60 d 的表面位移監測，巷道表面位移監測曲線如圖3 所示。對圖3 分析發現，大巷350～520 m段注漿加固60 d 后，頂底板移近量控制在150 mm以下，變化速率在25 d 時達到8 mm/d 后逐步降低，50 d 后趨于穩定； 兩幫移近量控制在230 mm以下，變化速率在7 d 時達到12 mm/d 后逐步降低，30 d 后趨于穩定。表明巷道在注漿加固后，圍巖裂隙得到充分填充，圍巖力學性能得到改善，承載能力明顯增強，證明該注漿加固方案科學有效。

圖3 巷道表面位移監測曲線

5 結語

西固煤業公司大巷采用 “深孔+ 淺孔注漿加固”技術后，巷道圍巖大幅度變形情況得到改善，在注漿60 d 后，巷道頂底板移近量處于150 mm以下，兩幫移近量處于230 mm 以下，圍巖承載能力明顯增強，巷道變形量得到有效控制；應根據圍巖不同巖性及破壞程度，合理選擇注漿參數，主要有水灰比、注漿壓力、注漿時長、驗證漿液擴散半徑等。“深孔注漿加固”技術成功應用，充分說明在礦壓影響下巷道圍巖出現松軟、破碎、頂幫離層等現象時，注漿加固效果良好，且具有施工工藝簡單、可靠，現場應用效果顯著、適用性廣等特點。