浅谈注浆在巷道修护中的应用

摘要：姚桥煤矿深部立井巷道修护加固，综合分析了破坏机理，采取了切实可行的加固设计，尤其是注浆加固技术的应用十分有效，对矿井巷道修复加固很有借鉴意义，具有很好的推广价值。文章结合姚桥煤矿中央轨道七甩道巷道注浆加固技术的应用，对注浆加固技术的工艺流程进行了阐述。

关键词：注浆加固；巷道修护；注浆锚杆

中图分类号：TD265 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）20-0046-03

姚桥矿煤矿中央轨道七甩道（中部变电所及通道）内变电所担负着中央采区的供电任务，巷道使用锚杆进行锚喷支护，喷砼厚度100mm。岩性多为细砂岩与砂质泥岩，岩石破碎，层理发育，极不稳定，易出现滑层，围岩不易维护。由于深部矿压和地质构造等的影响，巷道局部地段出现了变形和底鼓等现象，岩体发生破碎，刷大修护时打眼爆破时巷道成型难以控制，顶板及帮的岩石破碎严重，存在着极大的安全隐患，打眼时也容易出现卡钎子，难以施工，虽经多次翻修均未达到预计效果。为了能够使煤矿长期安全的高效生产，需要有一套行之有效的措施方案，经验表明，注浆能够达到较好的效果。

1 巷道分析

1.1 巷道变形情况

1.1.1 中央轨道七甩道通道严重变形段（两帮位移量≥500mm）累计长约12m。

1.1.2 变电所内巷道（长约8m）累计底鼓量（平均值）约300mm，顶板下沉量200mm，已经过多次卧底处理。

1.2 原因分析

通过采矿资料综合分析和现场勘查，中央轨道七甩道的变形属“矿压影响”所致。即：随采矿工程的继续，巷道的原应力状态受到破坏，在矿压高应力作用下发生了挤压流动性底鼓。在采动垂直应力和水平应力的作用下，巷道两帮首先发生破坏，整个巷道都位于较松软破碎的岩层中，这时巷道周边的围岩松动圈很大，两帮的应力集中区转移到岩体的深部，岩柱对底板的约束作用减弱。然后，在强大的水平应力作用下挤压底板岩体向巷道内流动，造成底鼓。

1.3 安全状态评估

巷道变形段内F65和F75等多条断层较为发育，因采动影响，巷道来压，原锚网喷支护巷道喷层开裂掉块、钢筋网拉断、巷道变形、断面缩小。强烈的巷道变形不仅带来了大量的维修工作，增加了维护费用，更严重影响巷道的安全使用。

因此，为确保甩道内变电所系统正常及安全生产，根据矿多次现场会决定：变形段巷道应采取注浆加固、修复方案。

2 方案设计

2.1 方案的确定

目前，治理矿压巷道变形的方法可分为三大类型，即：支护加固法、卸压法及联合支护法。

巷道经过矿压和翻修影响后，围岩松动圈大，空洞、裂隙多，围岩性质差，自承能力低。采用注浆补强加固技术，对巷道已松散、破碎的围岩进行密实和充填，不但可以增加破碎岩石之间的黏结力，达到加固围岩、控制围岩变形的效果，更可以提高软岩巷道支护效果和围岩稳定性，有效地阻止松散体出现坍塌，也为巷道安全、顺利地修复施工创造条件。

2.2 设计原则和技术路线

中央轨道七甩道中部变电所及通道的变形差异较大（底鼓量、顶板下沉量和两帮缩近量及其破碎程度等），基本可分为：一般变形段、严重变形段和濒临破坏段。本次设计严格执行“安全、经济、合理”的设计原则，遵循“边施工，边勘察、边检验，边修改”的技术路线。根据巷道变形情况逐一进行参数检验和确定，一方面可以使设计具有较强的针对性和可操作性，另一方面也尽可能保证施工设计的及时优化。

2.3 总体施工方案

先对中央轨道七甩道进入通道的马头门段12m进行初注浆，在确保其刷扩帮安全后进行套孔注浆，并安装注浆锚杆，提高其整体支护效果。在获取更为详尽的地质资料，对各类原始资料进行汇总、分析、研究，及时评估所采用施工方案与施工方法的有效性和科学性后，再确定下一个注浆段的设计参数及施工工艺。

注浆施工顺序初步确定为：开门处预注浆（防止围岩刷帮时垮塌）→复注（巷道按照设计断面修复后进行两帮注浆加固）→安装注浆锚杆。

2.4 设计工程量

通道加固段累计长度约12m，注浆孔24（预注浆）+14（复注加固）个，单孔深3m。

2.5 预期效果

通过提高围岩的整体结构，为巷道重新维护后达到设计断面要求创造条件。

2.6 补充说明

注浆加固工程要求对施工地点综合地质情况进行了详尽细致的分析、研判，加强现场资料采集、试验及钻孔的地质分析等各项施工预报工作的密度；还须采用排疑法对各注浆段地层充填情况进行解释、说明和确认，不断修改完善设计，加强施工过程控制，使得设计更具有实际指导作用。

3 注浆参数

3.1 注浆材料的选择

3.1.1 主要注浆材料。水泥选择42.5R普通硅酸盐水泥（袋装），水玻璃选用模数为2.8～3.2，浓度40Be'。

水泥-水玻璃双液浆的成本较单液水泥浆高。当注浆终压不易达到设计值或巷道表面漏液时，可以采用此浆液以控制浆液的流动范围。水泥浆液加料顺序为：搅拌机内加水→加入缓凝剂溶液→加入水泥。要求搅拌时间大于5min，放置时间不宜超过30min。

3.1.2 浆液浓度。为增加混凝土的密实性，达到较强的加固效果，根据实验室分析，并对本次注浆加固参数进行优化：水泥浆液水灰比选用范围一般为0.8∶1～1∶1，水泥浆水泥浆与水玻璃体积比为1∶0.5。

3.2 注浆加固范围

变形段巷道累计长约12m，其中：通道两帮变形段12m，变电所底鼓段8m。

3.3 注浆孔的布置

由于通道部分变形非常严重，现巷道宽度1.2m，不能满足造孔要求，故为确保刷帮安全，应从甩道口两侧采用长钎分段造孔方能达到施工要求，依据矿压巷道注浆理论和类似工程实践，本次注浆浆液扩散半径取1.5～2m，为达到较好的初注效果，施工采用排距1.6m、孔间距2m、单孔深3m，预计注浆孔38个。由于巷道缩径变形、差异较大，可视现场情况和实际需要进行合理调整布置。

注浆孔布设情况详见注浆孔布置图。

3.4 注浆方式

第一步：为防止刷帮时由于围岩松散造成巷道偏帮甚至垮塌，应对该段进行预注浆加固。鉴于巷道空间狭小不具备造孔条件，因此造孔注浆工作选在甩道开门处两帮分段（3.0m/段）施工。即在开门处距巷帮2m位置沿甩道中心线方向造孔3.0m后注浆，达到注浆标准后对该3m段进行刷帮修护，再进行下一段3.0m注浆施工，以此类推。

第二步：在巷道变形段全部刷帮成型后，采用分帮和二次套孔方式对围岩进行补强注浆。注浆时，按五花型依次造出巷道一帮的注浆孔，孔深1.8m，安装好阀门（或压力表）后进行注浆；待该注浆段结束后，再施工与其对称的另一帮注浆孔，并进行注浆。注浆顺序见注浆孔布置图。

图1

图2

第一次钻孔注浆：钻孔深1.8m时，进行围岩补强注浆，防止裂隙发育造成的大面积跑浆，并增强其单向抗压强度，避免因注浆压力过大引发巷道破坏。

第二次钻孔注浆：钻孔3m（至全孔深）后，对围岩进行压密注浆。

3.5 注浆压力

注浆压力一般为静水压力的1.5～2倍，但是注浆压力的选择还应考虑巷帮及底板的承受能力。由于巷道围岩结构松散破碎，难以确定其单向抗压强度，注浆压力的变数较大。

本次施工中，应视现场受力观测结果及时调整注浆压力，在注浆不能引发巷道二次破坏的前提下，尽可能加大压力以加大注浆液扩散范围。注浆压力可按4～7MPa控制。

准确的每注浆段的注浆压力需结合钻孔试压成果，并确切计算反压力，达到适位适量注入。

各段注浆压力初步设计如下：

表1

注浆压力

MPa

注浆顺序 一般变形段 严重变形段 濒临破坏段

压力 终压 压力 终压 压力 终压

第一次钻孔注浆 4 6 4 5 4.5 7

第二次钻孔注浆 4 6 4 5 4.5 7

3.6 注浆孔结构

用Φ42mm钻头开孔，终孔深5m。入围岩1.5m后，下孔口管后用Φ32（或Φ28）钻头造孔。孔口管：Φ42×4.5mm无缝钢管制作，视围岩破碎程度（由轻到重）确定长度为0.8m、1.0m及1.2m三个规格。

3.7 预计注浆量

单孔浆液注入量可按下式计算：

Q=AπR2HnB/m

式中：

A——浆液消耗系数，为1.2～1.5

R——以注浆孔中心为基点的浆液有效扩散半径（m），取1.5m

H——注浆段高（m），这里取注浆段长度5m

n——岩层平均裂隙率，为0.01～0.05

B——浆液充填系数，为0.9～0.95

m——浆液结石率，为0.85

Q单孔=3m3，则Q总=14×3=42m3。

综合考虑预注浆及变电所底板注浆量，本次注浆加固工程预计需要：

水泥约40t，水玻璃10t。

现场施工时，注浆孔的布置、浆液更换及配比等均须根据工程实际情况需进行调整，故最终材料实际消耗量会有所不同。

3.8 压水试验

在每次注浆前后均应进行压水试验。

注浆前的压水试验可以冲洗钻孔、检查注浆效果、测定地层吸水率和透水性能等，为泵压、泵量和浆液配比选择的确定提供可靠依据。

钻孔吸水率ω由下式计算：

ω=Q/（PL）

式中：

Q——压水流量，L/min

P——压水压力（水柱高），m

L——压水段高，m

4 施工工艺

4.1 注浆站的建立

站内设备主要有双液高压注浆泵1台、搅拌机1台和蓄水桶和蓄浆桶等。注浆施工时，可将注浆设备等安置在平板车上，建立移动注浆站；站内敷设供电、供水及压风等管路各一趟。

4.2 施工工艺

具体工艺流程如下：

图3 工艺流程图

甩道开门处预注浆：

风锤造孔（孔径Φ42mm，孔深1.2m）→安装孔口管（孔口管进入巷道围岩部分不小于1m）、浇铸孔口管→安设高压阀门（1.5寸）→用Φ28钎头从阀门内钻孔（孔深3m）→关闭阀门并连接好注浆设施→打开阀门→开启注浆泵压水→注入水泥浆→双液浆封孔→关闭阀门→换孔。

巷道刷帮修护成型后复注（按以上顺序）。

孔口管选用Φ42×4.5mm无缝钢管制作，长度为0.8～1.2m（视围岩破碎程度确定），一端加工成600mm左右长的马牙扣，另一端加工成50mm长的丝扣，孔口管与1.5寸球阀通过短节变头连结，将孔口管的马牙扣之间部位缠上生麻，用固管器推入孔内。注浆施工前须进行耐压试验，试验时要逐渐加压，最大压力为7MPa。

注浆最终结束标准必须综合考虑，结合钻孔取芯分析、浆液扩散效果检测等结果进行综合确定。

5 效果检验的方法

（1）注浆终压达到设计要求，并稳定10～15分钟。

（2）各孔注浆量达到设计要求。

（3）注浆施工结束后，通过注浆体内钻孔，用压水、注水或抽水等办法测定围岩的流量及渗透系数，不合格者需进行补充注浆。检查孔的数目约为总注浆孔数的5%～10%，布孔的重点是地质条件不好的地段以及注浆质量较差或有疑问的部位。

（4）为正确评估本工程的注浆效果，采用取芯抗压、标贯试验、压板试验、抽水试验四种方法综合检测。

（5）中央轨道七甩道巷道采用注浆加固结束后，通过认真布点长期观察，修护段巷道基本稳定，加固后没有明显的位移，达到了设计的效果，取得了良好的效益。

6 结语

由于姚桥煤矿中央轨道七甩道采取的加固方案正确，设计合理，施工得当，修复加固取得了良好的效果。经本次修复后近一年的观察，原破坏段不再继续发展，得到了有效的控制。

作者简介：顾训水（1970—），男，江苏沛县人，中煤集团大屯公司姚桥煤矿掘进六队党支部书记，工程师。