井巷锚注加固技术应用评价与发展前景

杨 鹍 周地全

（皖北煤电集团公司五沟煤矿，安徽 淮北 235000）

1 矿井生产现状

1.1 年产量不断提高

五沟煤矿于2008年3月28日正式投产，矿井设计生产能力为60万吨/年，服务年限为52年。通过企业上下一直努力，矿井产量逐年递增，2010年矿井生产能力150万吨/年。

1.2 矿井安全生产影响因素

五沟煤矿由于井田内煤系岩层构造复杂，开采条件具有软岩分布范围广、高应力、断层多、落差大等特点，其中南翼开拓准备巷道基本布置在10煤层顶板中，距10煤层法线距离15m～30m,巷道围岩主要有铝质、粉砂质泥岩，泥岩，细粉砂岩，经试验，破坏时的应力分别28MPa（侧压）、14MPa（顶压）、30MPa（底压）左右，强度较低，巷道属软岩巷道，采掘集中，采动压力影响范围平距为160m～230m。

2 巷道失修原因分析

2.1 巷道失修状况

2.2 巷道失修主要原因

2.2.1 巷道与开采煤层的空间关系不合理。从目前五沟煤矿采区内煤层的开采看，由于采面接替紧张，工作面开采后稳定期短，巷道受连续采动影响，多次采动的应力叠加造成巷道失修严重。

2.2.2 五沟煤矿巷道失修的主要原因是巷道岩性条件差、支护强度不足，受采动影响后极易破坏。为此，除了提高巷道的支护强度外，采用锚杆注浆加固是解决巷道失修的主要方法。

3 五沟煤矿锚杆注浆技术的发展历程

3.1 五沟煤矿在2007～2010年间工作面回采后导致轨道大巷系统严重损毁，不能正常服务；由于预先采用了锚杆注浆加固，回采后大巷变形量不大，简易维修后大巷得到了有效的维护。

3.2 在此实践基础上，1018工作面距南一采区轨道大巷法向距离为31米，在回采动压影响之前，对相关的运输巷道采取了预先锚杆注浆加固，。2005年3月份，当1018工作面推进到距南一采区轨道大巷150米（平距）时，对相关巷道进行锚杆注浆加固，加固巷道范围包括南一采区轨道大巷、南一采区变电所、南二采区索道斜巷等巷道。方案实施前，对相关巷道的围岩条件、支护形式进行了认真、仔细的研究，确定了加固方案。采用的关键技术指标如下：

3.2.1 深孔注浆：根据巷道围岩裂隙度以及避免高压漏浆，决定采用深孔注浆，注浆锚杆长2.0米。

3.2.2 密集布置：考虑到巷道围岩未受采动影响，每根锚杆浆液扩散半径约为1.0米，决定注浆锚杆间排距1.5米*1.5米，保证浆液交叉范围不小于0.5米，确保围岩裂隙充填严实。

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3.2.3 高压预注：足够的压力也是保证注浆效果的重要指标，确定注浆压力为2.0～4.0兆帕。

3.2.4 超前补强：注浆水泥等材料达到支护强度的时间为28天，为保证被注巷道的抗压能力，巷道在受影响前一个月对巷道注浆加固完毕。

4 锚杆注浆技术的发展方向与展望

4.1 建立岩巷边掘边注的加固长效机制

围岩注浆加固是利用浆液把围岩的各种弱面充实，并把弱面充填体与四周岩体重新胶结起来，从而提高围岩的整体稳定性及其力学性能，改善围岩的物理指标，注浆可以达到以下效果：

4.1.1 提高岩体强度，改善弱面的力学性能。即提高裂隙的粘聚力和内摩擦角，增大岩体内部岩块间相对位移的阻力，从而提高围岩的整体稳定性。

4.1.2 形成承载结构。对破碎松散岩体中的巷道注浆加固，可以使破碎岩块重新胶结成整体，形成承载结构，充分发挥围岩的自稳能力。

4.1.3 改善赋存环境。软岩巷道围岩注浆后，浆液固结体封闭裂隙，阻止水气浸入内部岩体，防止水解风化，保证围岩力学性质合理，实现长期稳定。

4.2 修护巷道推广两次耦合加固技术

五沟煤矿10煤顶底板虽为粉砂岩，但层理发育，强度较低，受采动影响之后，裂隙交错，巷道围岩变形速度快、位移大。受采动压力影响，围岩裂隙被激活或产生新的裂隙，造成巷道的支护体不能承受上部松散岩石的重量而屈服破坏。在实际锚注过程中，由于有些巷道失修严重，围岩破碎，存在大量的裂隙，现场表明，在打1.0米以上的钻孔时出现了严重的卡钻现象，钻杆无法拔出，因此采用了两步耦合注浆加固。

4.2.1 两步耦合注浆加固机理

首先对巷道浅部围岩进行注浆，达到封闭围岩表面裂隙、充填巷道壁后空隙的目的，同时也为深部注浆提供条件；然后二次深孔注浆，高压浆液充填深部围岩裂隙，消除弱面，增强围岩的强度与刚度，使围岩的状态由弱面失稳转变为围岩本身控制，从而提高了围岩的自身承载能力，使支护体和围岩之间达到强度、刚度及变形上的耦合，改善围岩承载状况。

4.2.2 两步耦合注浆加固参数设计及优化

4.2.2.1 合理设计注浆参数

（1）注浆压力受围岩特性、注浆能力、注浆方式等因素的影响。若注浆压力过小，浆液难以向围岩中扩散，达不到预期的注浆效果；若压力过大，则会导致浅部注浆过程中巷道表面出现冒顶、片帮或开裂。在浅部注浆时，由于巷道表面和围岩发育，岩块破碎，采用的注浆压力不宜过大，初步确定为1～2MPa；深部注浆时，注浆压力确定为 2～4MPa。

（2）注浆量。浆液的注入量受到注浆压力、注浆时间、围岩裂隙的发育程度及破碎状况、渗透性等因素的影响。为保证巷道围岩裂隙被充填密实，注入的浆液尽量保证裂隙被充填满，施工中注浆量以达到注浆压力时为止。

（3）注浆孔的布置。考虑围岩浅部裂隙较为发育，为防止浆液向外流失，应有一定封孔深度，即注浆孔不能过浅；同时为了克服钻进时出现卡钻现象，实践表明初次注浆孔深度在1.0～1.2米为宜。二次耦合深孔注浆时，要根据围岩松动圈确定锚杆的长度，二次耦合注浆锚杆长一般在2.0米以上。

（4）注浆孔的间排距。注浆孔的间排距主要由浆液的扩散半径确定。为达到注浆效果，两孔的孔距应保证注浆后浆液渗透范围由一定的交叉，所以应小于2倍的扩散半径。

（5）二次耦合注浆加固合理时间的确定。初次浅部注浆加固后，合理确定二次耦合注浆加固时间十分重要，过早或过晚都达不到耦合的效果。由于注浆材料主要材料为水泥，而水泥达到支护强度的时间一般为28天，所以二次耦合注浆滞后时间以一个月为好。

4.2.2.2 注浆材料的选择

注浆材料由无机和有机两个系列，由于有机材料价格昂贵，一般不予采用，而无机材料价格较低，被广泛应用。无机材料以水泥（主料）＋水玻璃（速凝剂）为主。为了减少浆液流失，提高凝固速度，浅部初次注浆一般采用水泥+水玻璃双液浆。而深部二次耦合注浆一般采用水泥单液浆，确保更高的支护强度。

4.2.2.3 施工工艺。巷道围岩注浆加固质量的好坏，在很大程度上取决于注浆施工工艺。围岩浅部注浆时采用双液注浆；围岩深部注浆时，由于浅部围岩被浆液充填密实，封闭了很大围岩，提高了围岩强度和改善了围岩凿岩条件，漏浆问题得到很好的解决。因此，采用工艺简单、便于操作的单液水泥浆。两步耦合注浆加固施工工艺如下：封闭巷道表面裂隙——钻孔——封孔——注浆——管道与设备的清洗。

[1]侯朝炯等.煤巷锚杆支护[M].徐州：中国矿业大学出版社，1999.

[2]林锡章，张万惠，段福民.井巷工程[M].北京，煤炭工业出版社.