化学浆控制局部风化破碎围岩巷道顶板技术
2012-10-18王吉渊
王吉渊
（霍州煤电集团，山西 霍州 031400）
霍州煤电集团公司晋北煤业山浪煤矿位于宁武煤田东南边缘处，煤层埋藏浅，局部盖山厚度40～60 m，主采5#煤层直接顶为0.8～2.0 m深灰色泥岩，老顶为2.0～5.0 m灰岩，裂隙发育。
注浆材料的选择：由于水泥、水玻璃之类的材料结石体抗剪、抗拉强度低，黏结力差，具有腐蚀性，不稳定，并且操作工艺复杂、工艺要求高，不方便井下工人操作；选用化学浆马丽散。马丽散固结体抗压、抗剪、抗拉强度高，操作工艺简单，对周边的作业环境要求低，适合井下作业环境（选择注浆材料：马丽散）。
1 注浆支护工艺分析
矿井在掘进施工过程中遇局部风化岩层，主要以风化泥岩为主，且构造裂隙较多，围岩自身强度低，巷道开掘后顶板极易塌落，支护很难及时起效。若在巷道开掘前，超前加注马丽散浆，利用马丽散浆的黏合力提前将围岩加固，使破碎围岩黏结（黏结强度可达6 MPa以上），形成局部整体或与稳定围岩相连接，提高围岩掘进时的强度，有效阻止直接顶的离层垮落，并铺设金属网提高支护整体性。
2 注浆位置
2011年7—8月，矿井副斜井将施工至与回风大巷及轨道大巷立交位置，副斜井与回风大巷及轨道大巷均为“十字”立交，与回风大巷及轨道大巷立交层间距分别为7.3 m和2 m，立交位置岩层均有不同程度的风化，顶板围岩破碎，维护困难，为保证巷道顺利通过立交位置，确定在立交位置进行预注浆。
回风大巷及轨道大巷均采用29U型钢可缩性支架，巷道规格分别为：回风大巷：毛宽 4.622 m，毛高3.414 m，净宽4.2 m，净高 3.2 m，支护间距 0.8 m，见图1；轨道大巷：毛宽 5.408 m，毛高4.704 m，净宽5 m，净高 4.5 m，支护间距1 m，见图2。
3 注浆加固施工方案
为了减小巷道顶板的下沉量，达到井下巷道规定要求，根据巷道断面大小及现场情况制定以下钻孔布置注浆方案。
3.1 注浆孔布置方式
（1）注浆孔位置。巷道顶板中间及U型钢棚两肩窝各布置1个，每排共计3个注浆孔，两边孔与垂直方向成70°，孔排距为2.5 m（化学浆扩散半径可达2.5 m）。
图1 轨道大巷注浆断面图
图2 回风大巷注浆断面图
（2）注浆孔参数。孔径42 mm，孔深4～6 m，两边孔与竖直方向成70°，封孔深度1.5～2.0 m。从开始注浆到浆液完全扩散或渗透到被注载体中所需要的时间一般为10～20 min。
（3）注浆材料。材料注浆分为马丽散树脂和催化剂两种原料分别用塑料桶装，注浆配比为1∶1。
（4）注浆顺序。注浆顺序根据地质条件、现场环境及注浆目的来确定。对于裂隙沟通比较好的煤岩体，可采用间隔跳孔注浆方式来减少串浆，以提高注浆效果；对于大面积范围应采用先外围，后内部的注浆顺序；对于破碎煤柱整体加固可采用深浅孔配合注浆方式；对于裂隙比较发育、跑冒浆液比较严重的注浆载体，可采用先浅部注浆，浆液扩散后在浅部快速形成类似“止浆墙”的具有止浆效果的整体，再深部注浆，保证深部浆液扩散范围和注浆压力。
通过对顶板的注浆加固，可以达到减小巷道顶板的下沉及变形量。
3.2 施工工艺流程
在副斜井施工至立交位置前，在下方的回风大巷及轨道大巷提前进行注浆加固顶板并进行喷浆，并在巷道底板安设底梁、浇灌混凝土进行硬化加固与棚子形成坚固的人工围岩圈，副斜井在施工过程中对底板进行混凝土硬化与下部巷道加固后的顶板形成人工的坚固顶板，施工完成后形成坚固的人工围岩。
3.3 施工方法
“立交下方超前注浆、喷浆，底板硬化、上部巷道施工后底板硬化”，在施工过程中，通过马丽散的黏合力将破碎的直接顶变为一个整体，与棚子起到很高的支护强度，通过马丽散的作用及副斜井硬化后的底板形成坚固的人工顶。
4 化学浆（马丽散）应用的优点
（1）黏度较低且注入前为液体，可以很好地渗入到细小的裂隙，黏结强度可达6 MPa以上。
（2）高度膨胀可以在渗入岩层裂隙后充分填充裂隙。
（3）极好的黏合力可将破碎的围岩很好地进行黏合，对于架棚巷道可以保证围岩的整体性，使棚子达到更好的支护强度,马丽散抗压强度可达80 MPa以上。
（4）极好的黏合力可以防止施工后，松散围岩的垮落，减小了后期修复的消耗，与喷浆配合施工效果会更好。
（5）良好的柔韧性能承受随后围岩发生的动压，马丽散抗拉强度可达28 MPa以上，抗剪强度可达30 MPa以上。
（6）具有较好的隔水性，在风化带使用可以防止淋水对风化带的不断侵蚀，造成进一步氧化。
5 注浆后效果
通过对副斜井与回风大巷及轨道大巷立交位置的预注浆加固，在副斜井掘进通过回风大巷与轨道大巷上方后，回风大巷及轨道大巷顶板均未出现支架变形及明显的顶板落渣现象，达到了预期的加固支护效果，保证了巷道在风化带内通过小层间距立交施工的安全。
实践验证，化学注浆法适合本区域顶板局部加固的可行性。
