创导注浆加固材料在大断面动压煤巷的应用

2018-09-21陈守钰

山东煤炭科技 2018年9期

陈守钰

（阳泉煤业（集团）有限责任公司，山西阳泉 045000）

1 工程概况

阳煤集团和顺新大地煤业有限公司是集团公司兼并重组主体矿井，15302工作面回风巷井玉沟从工作面北部穿过，工作面大部分位于井玉沟以西，地表总体为北高南低的山梁地带，地面主要为林地及荒地。东部为已经回采的15303工作面，南部为山西运通煤业有限公司（原九京煤矿）矿界，西部为泊里煤矿矿界，北部为西翼南回风、西翼轨道巷、西翼皮带巷。本面煤层赋存较稳定，煤层厚度在4.80～6.30m之间，平均5.43m，结构简单。本面煤层结构简单,不含稳定夹石层,仅在中上部断断续续含透镜体状硫铁矿结核,厚度约0.03～0.08m。回风巷相邻采空侧，两工作面煤柱为20m，为临采空侧的动压巷道。回风巷设计净宽5.0m，净高3.5m。

巷道顶底板情况表见表1。

2 巷道变形及注浆必要性

由于回风巷相邻采空侧，巷道在掘进时就出现了明显的动压变化，掘进完30～50m后巷道顶板设置的锚杆、锚索压力计受力增加，压力增长约10%。两帮煤体开始破碎，尤其中部以上开始向外位移，会出现网包，位移量接近40mm。会出现底鼓现象，以巷道中部底鼓为主，底鼓量约100mm。距离工作面150m以外，巷道变形急剧增加，局部不稳定顶板处出现顶板断裂，破碎，个别顶锚杆出现破断；顶板位移后，钢带出现折弯和断裂；锚杆、锚索压力增加50%以上。两帮煤体更加破坏变形，变形量超过1500mm，出现煤体更大破碎和裂隙发育，个别帮锚杆托板变形破坏。底鼓量普遍超过1500mm。严重的巷道变形，使皮带输送机无法正常工作，轨道无法铺设，风筒受到影响，给掘进工作面的安全生产造成很大的困难，也无法满足工作面正常回采。

经分析回风巷掘进工作面为采空区煤柱应力集中区域，且在高应力作用下，煤柱侧巷道围岩的稳定性和整体性受到破坏，巷帮煤体破碎，巷道易出现两帮移近，从而导致底鼓，尤其受掘进超前支承压力影响区域，情况更为严重，甚至会影响工作面通风和设备运输。为确保正常的掘进和巷道使用要求，工作面回风巷掘进期间巷道两帮煤体进行注浆加固，以强化煤体，控制巷道变形。通过对巷道的两帮及底角进行注浆加固，两帮注浆以提高巷道煤柱的自身承载能力、抗变形能力。

表1 巷道顶底板情况表

3 注浆材料介绍

创导加固材料是一种新型地质聚合物注浆材料，以无机矿粉为主要组成成份，是一种快凝、早强型无机注浆材料，同时也具备较强的可注性，可与高分子材料相媲美，其强度和与煤体粘接性较普通硅酸盐水泥类注浆材料有较大提高。创导加固材料为双液注浆材料，两种浆液在混合前，24h内不凝固，不泌水，不沉淀，混合后凝结时间为3～10min，水灰比为0.8时，浆液混合1～8h后的固结体的强度能达到8～14MPa以上，其较适合于采煤工作面、掘进工作面等时效性要求较高的注浆需要，特别是开放煤体表面浅层注浆加固。

注浆封孔材料与注浆材料一样，只是采用低水灰比，水灰比为0.7:1，双液浆混合后约1min失去流动性，5min即可固化。

4 注浆加固方案

4.1 钻孔布置

钻孔布置在巷道的两帮及底角。在两帮各施工两排钻孔，上排和下排钻孔成“三花眼”布置；下排钻孔开孔高度1.5m，上排钻孔开孔高度2.5m，单排孔间距4m，上下排孔水平间距为2m；下排孔垂直于巷帮施工，钻孔直径为42mm，孔深8m；上排孔为上仰钻孔，钻孔直径为42mm，钻孔上仰角度约8°，孔深约8m；两帮底角各施工一排钻孔，孔间距2m，钻孔直径为42mm，下扎45°，孔深3m，采用Φ28mm、长度为2.5m中空注浆锚杆进行注浆，注浆完成后，隔一个班对锚杆进行预紧。

4.2 注浆顺序及时机

注浆顺序：先对两帮的注浆钻孔进行打孔、插管、封孔、注浆；待两帮的注浆孔注浆完成后，隔一个班，再对底角注浆孔进行打孔、插入中空注浆锚杆、封孔、注浆，为了防止底角注浆钻孔注浆过程中串孔，建议采用间隔打孔、注浆方式，即先对单数孔进行打孔、注浆，单数孔注浆完成一个班后对双数孔进行打孔、注浆；底角孔注浆完成后，隔一个班对中空注浆锚杆进行预紧。

4.3 注浆管与封孔

注浆管：为了防止巷帮破碎区漏浆，孔口部分采用4分无缝钢管作为封孔管，封孔长度为2m；注浆钻孔内剩余部分需插入1416型铝塑管，需解决与4分钢管的连接问题，可以采用插接方式连接。

封孔工艺：钻孔施工后插入注浆管并进行封孔，封孔段钢管上缠绕铁丝，并焊接固定，然后在钢管前后两段上缠绕棉纱，并插入孔内，再在钢管旁边插一根导浆管。

封孔时应先开泵吸浆，当输浆管路的混合管打出的浆液为混合均匀的浆液后，将输浆管出浆口与封孔导浆管进行连接，开泵注浆，向孔口缓慢注浆，并将导浆管缓慢向外抽出，当孔口流出浆液时，停泵，将导浆管抽出，并用棉纱将孔口堵死。

5 注浆工艺参数

5.1 注浆系统

本次注浆采用创导加固材料，注浆系统如图1所示。系统由两个气动搅拌桶QB200，两个盛浆桶（可以采用铁桶加工），一台ZBYSB40/22型液压双液注浆泵，以及相应的管路和混合器组成。

图1 注浆系统连接示意图

5.2 注浆水灰比

正常注浆水灰比0.8～1.0，漏浆严重时可适当降低水灰比，最低控制在0.7:1。注浆封孔水灰比为0.7:1。

5.3 注浆压力

注浆压力也是影响注浆效果的关键参数，一般情况下注浆压力6～8MPa，围岩破碎，漏浆严重时可适当减低注浆压力，可调整为4～6MPa。

5.4 注浆量

注浆原则上需一直注至压力上限为止，如果注浆时间过长，注浆量过大，应检查是否存在漏浆通道，注浆结束时应稳压至4～6MPa。

5.5 应用效果

经过注浆加固工程的施工，对巷道的围岩变形进行了综合观测。通过三个月的观测和分析，监测出巷道顶底板和两帮移近量如下图2所示。可以看出：回风巷掘进期间在第一天巷道表面位移速度为：顶底板速度取得最大值为100mm/d ，两帮移近速度取得最大值为130mm/d。回风巷掘进期间巷道表面位移有两个特点：一是两帮相对移近速度比顶底板相对移近速度大；二是在前一段时间内巷道表面位移变化较大，在第15d左右时，巷道表面基本无变化。巷道顶板的下沉量和底鼓量平均为300mm，两帮位移量平均为400mm；未注浆加固段，巷道变形明显，破坏严重，出现较大两帮破坏和位移，在巷道上角处出现网包。局部巷道变形段在进行注浆加固后，巷道变形趋于稳定，整体状况良好。