防膨胀超细注浆材料在煤矿井下泵房维护中的应用实践

祖贺军

摘要：超细防膨胀注浆材料具有超细、防膨胀、高强、早强、防渗透、可注性好、穩定性好等特性，优于普通水泥及化学注浆材料；注浆加固效果的数值模拟及现场工程应用效果研究表明，超细防膨胀注浆材料可以有效改善破碎围岩的性质，恢复围岩的强度，维护巷道的稳定性，有利于井下安全生产的正常运行。

Abstract： Ultrafine anti-swelling grouting material with ultra-fine， anti-swelling， high strength， early strength， anti-permeability， good note， good stability， is better than ordinary cement and chemical grouting materials； Study on numerical simulation and field application effect of grouting reinforcement effect shows that ultrafine anti-swelling grouting material can effectively improve the properties of broken rock， restore the strength of rock， maintain the stability of the roadway， and it is conducive to the safety operation of underground production.

关键词：超细防膨胀；注浆材料；维护巷道

Key words： ultrafine anti-swelling；grouting material；maintenance roadway

中图分类号：TD265.4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）04-0090-02

0 引言

现有注浆材料大致可分为化学注浆材料、水泥注浆材料、绿色注浆材料三大类。化学注浆材料的优点在于浆液粘度低，可注性好。但成本高、配方复杂，且毒性较大，污染环境，耐久性也较差，仅应用于用量较小的特殊局部加固。绿色注浆材料有利于大量工业废渣变废为宝，减少环境污染，但加工制作技术尚不成熟，施工工艺较为复杂，难以大面积推广。水泥注浆材料的优点在于无毒、无环境污染、强度高、成本低、配制方便、操作简单，在目前注浆工程中应用较多。但是，普通水泥颗粒粒径较大（一般为10μm～80μm），流动性低、可注性差、强度低以及浆体成分造成围岩中的黏土矿物吸水膨胀、软化，限制了其在加固、补强、止水注浆工程中的应用。

南屯矿区开采历史较长，目前已进入深部煤炭资源开采阶段。由于深部巷道工程所处的高的地应力环境，尤其复杂环境产生高构造应力，以及多水平开采造成的开采动压影响，使得深部巷道围岩节理裂隙极为发育、岩体结构极为破碎，从而造成支护难度增大，大量巷道需要翻修，严重威胁矿井安全生产。因此，针对传统围岩注浆材料可注性差、强度低以及浆体成分造成围岩中的黏土矿物吸水膨胀、软化，难以实现加固围岩、恢复围岩强度的问题，结合南屯煤矿深部巷道支护实际条件，展开深部巷道围岩防膨胀超细注浆材料的研制与应用研究，对于实现矿井安全高效开采具有重大的理论与现实意义。

1 概述

南屯煤矿-670泵房位于九采区，泵房围岩以泥岩为主，其岩层可分为三层：①灰黑色泥岩，致密性脆，块状结构，厚层状构造，垂直节理发育，含磷铁质结核，岩石较破碎。②浅灰色铝质泥岩，鲕状结构质较纯，手触有滑感，遇水膨胀，含植物根部土石较多。③灰黑色泥岩，致密性脆，块状结构，厚层状构造，含磷铁质结核垂直节理较发育，局部有滑面，岩石较破碎。

泵房始建于上世纪九十年代末，原有支护形式为锚网喷+钢架。至今已使用了十几年。由于使用时间较长，且受周边工作面采动影响，水泵房应力水平较高，围岩变形较大，水泵放置段顶板下沉，片帮严重，部分钢架已破坏，围岩及支护破坏较严重。

2 防膨胀超细注浆材料加固支护效果分析

结合泵房支护设计实际情况，采用钻孔窥视测试进行注浆效果监测分析。通过钻孔窥视，观察泵房注浆后围岩裂隙情况，并与相应孔注浆前实验结果对比，更好的了解防膨胀超细水泥注浆及普通注浆材料对破碎围岩的改善情况。

借助YB-II型钻孔窥视仪对测站1至测站5五个测站进行了围岩结构钻孔窥视录像，并对现场的钻孔窥视录像资料进行了整理，得到了注浆前各个测站相应的窥视图像，由于篇幅限制，仅选取1号孔（见图1）。

由图1可知，1号孔所处位置巷道2.0m以内围岩十分破碎，2.0m以外仍存在大节理。

通过五个测站围岩钻孔窥视情况可以确定，泵房巷道围岩很破碎，大部分部位节理发育，孔口岩石十分破碎，使岩体的承载能力大幅降低，这是导致泵房变形、失稳的直接原因。

采用防膨胀超细注浆材料对泵房围岩进行加固注浆后，利用钻孔窥视仪观察巷道的围岩的裂隙填充情况，由于篇幅限制，仅选取1号孔的填充效果（见图2）。

对比超细注浆材料注浆加固后围岩钻孔窥视情况与注浆前围岩可知，超细注浆材料的注浆加固整体较好，效果非常明显，有效地填充了围岩的裂隙，改善了巷道围岩的特性。

为对比防膨胀超细注浆材料与普通水泥注浆材料的注浆效果，现场进行了一段普通水泥的注浆加固试验。测站6所处位置为普通水泥注浆加固试验段，对其加固后的围岩状况也进行了钻孔窥视试验测试（图3）。

由图3可以看出，虽然普通水泥注浆后对围岩裂隙的有一定的改善效果，但围岩节理充填不充分，充填加固效果明显不如超细防膨胀注浆材料注浆后效果。

3 结论

综上所述，南屯煤矿-670泵房采取防膨胀超细注浆材料加固后，由于注浆加固了泵房周边围岩，提高了泵房周边围岩的强度及整体性，从而使泵房受上覆工作面采动影响时其变形较小，满足了泵房的正常使用，现场工程应用取得了良好效果。由此可见，超细防膨胀注浆材料可以有效改善破碎围岩的性质，恢复围岩的强度，维护巷道的稳定性，有利于井下安全生产的正常运行。

南屯煤矿泵房采用防膨胀超细注浆材料进行返修支护，取得了明显的经济效益，现场工程应用及数值分析研究表明，在原有支护形式下，泵房受采动压力影响，变形显著，普通硅酸盐水泥注浆难以满足巷道稳定的要求，返修频繁；某些化学注浆材料性能可以满足要求，但价格昂贵。仅从支护材料成本计算，使用超细防膨胀注浆材料每米成本与使用普通硅酸盐水泥大致持平，比使用化学注浆材料节约大量资金，经济效益十分明显。

参考文献：

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[2]解玉璋.快速膨胀泡沫材料在煤矿充填冒落区中的应用[J].中国高新技术企业，2011（9）.

[3]徐星华，杨嘉怡，杨韶昆.超细水泥材料注浆加固深部极软厚煤层回采巷道试验研究[J].河南理工大学学报（自然科学版），2016（3）.