煤巷低、高压注浆补强支护技术探索

【摘要】介绍了易风化碳质页岩顶板支护技术，通过对碳质页岩顶板破碎形式、形态及特点的研究，提出低、高压注浆增加顶板层整合性和粘合力的解决方案，以达到增加巷道支护强度，减少巷道维护频率，缓解顶板下沉速度的目的。通过应用实践，充分证明了碳质页岩经低、高压注浆补强支护后可以有效解决巷道顶板下沉的问题，为煤矿安全开采提供了技术参考。

【关键词】支护；低压；高压；注浆

引言

随着支护技术的不断进步，锚杆、锚索支护方式已经较为普遍，成功应用于煤、岩各类巷道，但是在深部高应力、松软破碎围岩、沿空掘巷等条件下，支护面临新的困难。

根据有关机构统计，2011年国有重点煤矿发生的顶板事故占所发安全事故的比例达30%以上，顶板事故的发生频率远远高出其他安全事故。为此，探索煤矿顶板支护技术是解决顶板事故发生的重要手段。山西晋煤集团岳城煤矿在1304（上）采面布置过程中遭遇碳质页岩煤巷顶板，顶板支护面临技术难点，采用普通锚网锚杆联合支护方式不能有效解决顶板下沉问题，经技术攻关，矿方决定采用低、高压注浆补强方式增加顶板支护强度，通过技术实践，有效解决顶板支护问题，为矿井安全生产创造了良好条件。

一、复杂条件巷道支护现状及存在问题

1.深部高应力巷道支护难题

1.1采深对巷道影响较为明显，同一矿井中相近赋存条件的巷道对采深变化很敏感，在浅部能够使用的技术应用到深部，支护效果很差。

1.2巷道持续变形，流变、蠕变已成为深井巷道变形的主要特征。

1.3工作面开采加剧了巷道围岩变形，采深越大，影响程度越强烈。

1.4巷道从使用期间维护困难已发展到掘进期间维护困难，维护周期变短，单一的锚杆、锚索支护手段不能适应深井巷道的变形。

1.5深部巷道顶板冒顶频率增加，作业环境安全状况较差。

2.松软破碎围岩巷道支护难题

2.1松软破碎围岩巷道，地压基本上属于变形地压，局部地区存在松散地压，膨胀性岩体内存在膨胀地压。变形地压包括弹性变形、塑性变形、破裂面的产生和沿结构面的挤压错动、膨胀岩体遇水膨胀等。岩性和岩体结构的差异决定了各种变形及其对支护的影响也不相同，特别是膨胀岩体的支护属于世界性难题。

软岩巷道变形有如下特点：

2.1.1来压快、压力强度大、持续时间长。

2.1.2压力分布不均匀，塑性变形大，具有明显的流变性质，很容易产生松散地压。

2.1.3随着巷道的扩修，围岩松动破坏范围逐渐扩大，进一步加速变形，巷道支护更加困难。

3.沿空掘巷支护难题

沿空掘巷技术的推广能够有效减少煤炭资源的损失，但煤柱尺寸的减小，导致采空区侧媒体松散，整体强度减小，巷道帮鼓加剧；并且由于关键岩层的破断、回转和下沉，锚固区外出现离层区域的可能性加大，安全状况较差。

二、低、高压注浆补强支护技术介绍

低压浅钻孔注浆补强支护技术是指沿巷道顶板和煤帮施工浅钻孔，采用低压注浆泵将调配好的水泥浆注入巷道顶板和煤帮破碎区域较大的空隙，在巷道围岩四周形成一道阻隔，有效整合巷道煤帮和顶板，为高压钻孔注浆奠定施工基础。

高压深钻孔注浆补强支护技术是指在低压浅钻孔注浆补强技术基础上进一步对巷道煤帮和顶板破碎区进行整合，形成一定强度的巷道维护技术。高压喷射注浆技术具有适用范围广、施工简便、安全可靠、桩身强度大、材源广、成本低等特点，广泛应用于建筑物地基加固、地基处理、防渗止水、边坡防护和治理、堤坝防渗等方面，在国内外得到推广和应用。

低、高压注浆补强支护技术广泛应用于隧道施工和建筑基桩等工程活动中，在煤矿巷道支护方面还未见应用，通过技术比较发现，煤巷支护可参考该技术对巷道支护强度进行补充，有效防范巷道变形和顶板事故。

三、技术应用

岳城矿在1304（上）采面工作面布置过程中遭遇碳质页岩煤巷顶板，受前后工作面两次采动影响，巷道变形严重，需对巷道进行补强支护。经过时长7个月的低、高压注浆补强支护，有效的扭转了巷道变形快的困难局面，为工作面安全回采奠定了良好的工作基础。

四、低压浅钻孔注浆补强支护处理过程

①沿巷道顶板和煤帮施工浅钻孔；②预埋注浆管；③保障注浆管预埋在浅钻孔注浆区域位置；④底压注浆；⑤凝固。

1.施工准备

首先要明确现场处理时的各道工序负责制，并委派专业工程师对处理过程进行全程不间断的监督及管控，保证处理质量。其次是准备好钻孔、压浆等机具，以保证钻孔、压浆作业。

2.低压浅注浆孔布置

围岩水泥浅孔注浆钻孔全部采用五花布置，钻孔排距2000mm，孔深全部2500mm。13032巷围岩浅孔水泥注浆孔布置如图1所示。

3.注浆方式

埋孔口注浆管，孔内下射浆管，射浆管长度1.5m，全长一次注浆。

4.成孔

顶板使用MQT120锚索钻机打孔，钻头直径36mm；两帮煤层注浆孔使用ZQS-35手持式气动钻机，配38mm螺旋钻杆、43mm钻头打孔，下扎钻孔采用地质钻机打孔，钻头直径为56mm；打孔过程中如果成孔困难需要采用自钻式注浆锚杆进行打孔，配套钻机为YT28凿岩机，钻头直径为42mm。

5.注浆材料

水泥浆、水泥水玻璃双液浆。

6.注浆及技术要求

注浆压力1～2MPa，根据现场情况进行调整。注浆施工过程中，必须保证注浆压力，出现局部漏浆时采取相应措施，堵漏或压水后复注，漏浆严重导致停注的区域补打注浆孔。

五、高压深钻孔注浆补强支护处理过程

低压浅孔注浆完成3天后，水泥凝固后方可开始高压水泥注浆。

1.注浆孔布置

围岩水泥深孔注浆钻孔全部采用五花布置，钻孔排距2000mm，顶板注浆钻孔孔深6000mm，两帮注浆钻孔深度5000mm，深孔注浆钻孔布置在两排浅孔注浆钻孔中间。13032巷深孔水泥注浆孔布置如图2所示。

图2 高压深注浆孔布置

2.注浆方式

埋孔口注浆管，孔内下射浆管，6000mm钻孔射浆管长度5000mm，5000mm钻孔射浆管长度4000mm，全长一次注浆。

3.成孔

顶板使用MQT120锚索钻机打孔，钻头直径36mm；两帮煤层注浆孔使用ZQSj-90/2.4A手持式气动（防突）钻机，配42mm螺旋钻杆、44mm钻头打孔，下扎钻孔采用地质钻机打孔，钻头直径为56mm；打孔过程中如果成孔困难需要采用自钻式注浆锚杆进行打孔，配套钻机为YT28凿岩机，钻头直径为42mm。

4.注浆材料

水泥浆、水泥水玻璃双液浆。

5.注浆压力及施工技术要求

注浆压力4～6MPa，根据现场情况进行调整。注浆施工过程中，必须保证注浆压力，出现局部漏浆时采取相应措施，堵漏或压水后复注，漏浆严重导致停注的区域补打注浆孔。

六、结论

1、通过低压浅孔注浆可有效整合巷道顶板及煤帮的破碎围岩整体性，形成封闭通道。

2、通过高压深钻孔注浆可有效整合巷道顶板及煤帮受压区域的围岩，使巷道周围围岩与水泥浆形成浇筑凝固物，保障巷道可抗拒一定围岩压力，保障巷道完好性。

3、通过底、高压注浆补强支护方式可有效防止巷道变形，降低巷道维护成本。

参考文献

[1]岩土注浆理论与工程实例/《岩土注浆理论与工程实例》协作组编著.北京科学出版社，2001年

[2]李相然编著.高压喷射注浆技术与应用.中国建材工业出版社，2007年

[3]陈春生.高压喷射注浆技术及其应用研究[J].河海大学，2007年

[4]李相然，贺可强.高压喷射注浆技术与应用[J].建材工业，2007

作者简介

万海鑫（1973-），男，籍贯：山西晋城市泽州县，本科，工科学士学位，专业：采矿工程，职称：采煤工程师，现任山西省晋城市晋煤集团沁秀煤业有限公司岳城煤矿安全副矿长，研究方向：采煤。