注浆加固技术在治理瓦斯涌出异常煤体中的应用

郑富洋，李俊福

(山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司，山西晋城048000)

1 工程概况

古书院矿653配风巷为9号煤西翼的总回风巷，由于653配风巷服务年限已久，受巷道整体变形的影响，无法满足通风要求，为保证9号煤西翼通风系统的正常运行，根据现场巷道的布置情况，只能在653配风巷与11301采空区之间重新布置一条巷道来保证9号煤西翼的通风要求，即653辅助回风巷。此巷道左侧为11301采空区，煤柱仅有10m，右侧为653配风巷，煤柱仅有18m，具体布置见图1。

图1 653辅助回风巷与采空区的位置关系

受采空区压力的影响，653辅助回风巷两侧的煤柱均发生了不同程度的变形，造成巷道围岩松软破碎、煤柱裂隙发育，采空区内积聚的瓦斯从煤柱裂隙内大量涌入巷道内，造成653辅助回风巷瓦斯涌出异常，影响巷道的安全使用。为解决该问题，古书院矿曾安排通风区在653辅助回风巷施工瓦斯抽放钻孔，对采空区内的瓦斯进行抽放。经过一段时间的抽放，巷道内仍存在瓦斯涌出异常的现象。根据地质部门提供的资料，该区域煤层瓦斯含量为4.3m3/t。经分析研究，决定先向煤柱内注水泥浆封堵煤柱裂隙，然后补打注浆锚索对煤柱进行加固补强，防止653辅助回风巷的煤柱再次破碎。

2 注浆加固关键技术参数

2.1 表面喷浆

由于653辅助回风巷表面破坏严重，直接注浆易出现巷道表面漏浆现象，因此，注浆前对巷道表面进行喷浆处理。设计喷浆厚度80～100mm，保证全部封闭巷道表面裸露的围岩，喷浆强度等级为C15，采用P42.5普通硅酸盐水泥，水泥、砂子、石粉的配比为1∶2∶2，水灰比控制在0.45～0.55之间，速凝剂掺量为5%。喷浆完成3d后再进行注浆工程。

2.2 裂隙围岩加固技术参数

2.2.1 注浆技术参数

(1)注浆孔布置 653辅助回风巷帮、顶水泥注浆钻孔采用相同的布置方式，均为五花眼布置，11301工作面侧帮先进行浅孔注浆，浅孔注浆钻孔深度为2000mm，再进行深孔注浆，深孔注浆钻孔深度为5000mm，钻孔排距3000mm，间距1100mm和1200mm;顶板和653配风巷侧巷帮只进行深孔注浆，深孔注浆钻孔深度为 5000mm，排距2000mm，间距1100mm和1200mm。靠近巷帮底部注浆钻孔与水平方向成30°夹角，靠近顶板注浆钻孔与水平方向成10°夹角，具体布置见图2。

(2)钻孔 顶板使用MQT120锚杆 (锚索)钻机钻孔，钻头直径为36mm，两帮使用防突钻机钻孔，钻头直径为42mm。

图2 653辅助回风巷注浆钻孔

(3)注浆参数 采用埋孔口注浆管，孔内下射浆管的方式注浆。浅孔注浆钻孔深度为2000mm，射浆管长度1000mm;深孔注浆钻孔深度为5000mm，射浆管长度 4000mm，射浆管每500mm对开1组φ8～10mm射浆口，保证全长一次注浆完成。

(4)注浆压力 为保证充分充填围岩裂隙，适当加大深孔注浆孔的注浆压力，深孔注浆孔孔口注浆压力控制在4～6MPa之间;浅孔注浆孔孔口压力控制在0.5～2MPa之间。注浆过程中出现局部漏浆时应采取措施，进行堵漏或压水后复注，漏浆严重导致停注的区域补打注浆孔。

2.2.2 注浆锚索技术参数

由于653辅助回风巷相邻巷道和采空区之间的留设煤柱较小，造成煤柱岩体裂隙发育，巷道变形严重且瓦斯大量涌出，瓦检仪测量巷道内瓦斯浓度最大达到3.7%，一般不低于3.5%。为了保证加固效果和巷道的安全使用，在巷道注浆完成后，需要对巷道的两帮进行锚索补强。

巷道在水泥注浆完成施工7d后，进行预应力注浆锚索补强支护施工。

(1)锚索规格 锚索直径为17.8mm，长度5300mm，其中300mm为外露涨拉段。

(2)钻孔 钻孔深度为 (5000±30)mm。采用顶锚杆钻机打孔，钻头直径为28mm，其中孔口段采用地质钻机开孔，钻头直径为56mm，开孔深度500mm。

(3)锚固方式 全长锚固。首先采用树脂药卷进行端部锚固，3支低黏度锚固剂，1支规格为MSK2335，另2支为MSK2360。

(4)锚索布置 巷帮预应力注浆锚索沿巷道断面呈五花布置，布置在原有的2排棚梁之间，排距1600mm，间距1100mm和1200mm，顶板预应力注浆锚索沿巷道断面呈矩形布置，排距1600mm，间距1500mm。由于施工现场条件限制，帮底部锚索与水平方向夹角呈10°布置，其他锚索全部垂直巷道岩面，具体布置见图3。

图3 653辅助回风巷注浆锚索布置

采用注浆加固配合注浆锚索补强的方法将严重破碎巷道围岩进行重新组合，恢复成一个完整的岩体结构，让破碎围岩继续发挥自身的主动承载能力，有效防止采空区或邻近巷道的压力传递再次造成巷道出现片帮、底鼓的现象。还原破碎围岩的整体完整性，防止采空区积聚的瓦斯从煤体的裂缝区域大量涌出。

3 注浆加固配合注浆锚索补强达到的效果

采用“十字布点法”对653辅助回风巷围岩的变形情况进行了监测，设置了2个测站，在1a多的监测时间内，巷道顶帮表面位移均没有发生明显的变形，巷道顶帮位移变形量在120mm以内，见图4。

图4 653辅助回风巷表面位移观测曲线

653辅助配风巷为回风巷道，注浆前一周7次观测的瓦斯浓度都在3.0%以上，远超过《煤矿安全规程》规定的1.0%标准。通过对巷道注浆封堵，瓦斯浓度明显降低，注浆结束3d后观测的瓦斯浓度都在0.5%左右 (图5)，满足国家安全要求，巷道内未出现瓦斯异常涌出的现象。

古书院矿94204巷密闭口处受采空区压力影响，密闭墙两侧的煤体发生了变形，瓦斯涌出异常，同样采用注浆加固配合注浆锚索补强的方法达到了理想效果。

图5 注浆前后653辅助回风巷瓦斯浓度实测对比

4 结论

通过对653辅助回风巷采用水泥注浆配合注浆锚索补强进行加固，使653辅助回风巷两帮的围岩承载能力加强，避免了因巷道再次变形的维护，不仅有效保证了巷道围岩的整体完整性，而且预防了因邻近采空区的瓦斯大量涌出造成的瓦斯事故，确保古书院矿9号煤西翼通风系统的正常运行。

［1］李建铭.煤与瓦斯突出防治技术手册［M］.徐州:中国矿业大学出版社，2010.

［2］张子敏，张玉贵.瓦斯地质规律与瓦斯预测［M］.北京:煤炭工业出版社，2007.

［3］宋彦波，刘洪涛，李英明.有机高水注浆堵水材料堵水机理分析［J］.煤炭科学技术，2004，32(11):18－20.

［4］国家安全生产监督管理局，国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程［M］.北京:煤炭工业出版社，2004.