松软煤层大断面盘区大巷注浆加固技术

崔豪桐

(山西长平煤业有限责任公司，山西 晋城 048000)

0 引言

长平矿主采3#煤层，煤层强度低，节理、裂隙发育，平均厚度为5.75 m。矿井目前往西部三、五、六盘区延伸，煤层盖山厚度达到600 m以上。根据矿井通风、运输需要，三、五盘区大巷沿煤层顶底板进行掘进，巷宽5.6 m，巷高5.8 m，断面尺寸32.48 m2，巷道断面较大，大巷设计保护煤柱尺寸为30 m，巷道采用全锚索进行支护。受相邻巷道掘进影响，加上巷道断面大，两帮为软弱煤体，导致巷道开掘后两帮就出现明显位移[1-2]；而开掘时间已经较长的巷道位移量更是迅速增大，不能满足巷道的使用要求，需要进行扩刷帮处理，但由于巷道两帮已经产生了变形，帮部煤体内部裂隙较发育，导致扩帮支护过程中锚索预紧力达不到设计要求。

1 巷道变形原因分析

巷道变形原因主要有以下3个方面[3-6]。①巷道围岩稳定性差，变形持续时间长；巷道开掘以后，一般1周内在巷道表层形成小松动圈，1～3个月后在巷道深部形成大松动圈，使巷道煤壁煤体疏松破碎；②煤体与顶底板粘结力低，巷道顶帮交接处容易产生结构性失稳，顶帮交接段是变形管控的重点；煤体强度低，围岩破碎膨胀后向外挤出，两帮煤体软弱，造成巷道围岩抗变形能力较差；③巷道沿顶沿底掘进，巷道高度大，巷道支护承载结构稳定性差，更容易产生两帮臌出变形，不利于煤帮的稳定；加之煤体结构破坏后煤体锚固力低，支护高强度和高刚度难以实现，巷道掘进后即容易发生两帮臌出的现象，进而对巷道顶板的失稳也埋下隐患。

2 注浆加固方案

注浆加固采用“一巷一策、一段一策、一区域一策”的主导原则[7-9]，根据大巷围岩变形情况、掘进时间分段进行分析，选择适合巷道所属区段的注浆施工方案。

2.1 注浆加固施工顺序

初掘及变形小的巷道：按照先进行浅部堵漏注浆、再进行深孔注浆加固的方式进行。即：先在巷道表面喷浆做止浆层，再施工浅孔注浆初注封堵围岩外部裂隙，最后进行深孔复注加固围岩。注浆时要由下到上进行，先进行巷帮下部钻孔注浆，然后进行巷帮中上部钻孔注浆。深孔注浆在浅孔注浆完成3 d后进行。

变形大需扩帮巷道：扩帮维护前只进行浅孔注浆，扩帮喷浆后再进行二次复注。即：浅孔注浆增大外部围岩承载能力→煤壁扩帮→锚索、网支护→喷浆支护→浅孔注浆→深孔注浆加固围岩。

2.2 注浆钻孔布置参数及施工顺序

在大巷巷帮施工注浆钻孔，深、浅孔间隔布置，浅孔与浅孔之间排距4 000 mm，深孔与深孔排距4 000 mm，深孔与浅孔排距2 000 mm；钻孔每排布置3个，间距1 700 mm，最上一个钻孔距顶板1 100 mm，最下一个钻孔距底板1 300 mm；注浆孔巷帮靠近顶板的注浆孔上仰角度为10°，以使其能更好对顶帮交接段的围岩进行加固控制，巷帮其余钻孔与巷帮垂直；钻孔孔径42 mm，浅孔孔深6 m，深孔孔深8 m。钻孔布置参数如图1所示。

图1 巷帮注浆钻孔布置图

为杜绝注浆过程中浆液从临近的注浆孔流出，造成临近注浆孔堵塞作废和浆液流失，现场采用分段大循环注浆方式，即注浆孔施工间隔距离不得小于20 m。

2.3 注浆方式及封孔

钻孔完成后，采用埋孔口注浆管进行注浆，孔内下射浆管，全长一次注浆施工。注浆管和射浆管均采用φ22 mm的无缝钢管制作，钢管壁厚3 mm，每根长度2 000 mm，使用连接套进行连接，射浆管上打射浆孔，孔间距不大于200 mm。注浆封孔深度为600～1 000 mm。实施时可以根据漏浆情况进行调整，如漏浆较轻时可以减少封孔长度，较大时可以适当增加封孔长度。封孔段采用麻绳缠绕在钢管上，缠好后在水里将麻绳沾湿，以使麻绳能在孔内迅速膨胀；同时在孔口段钢管上缠绕棉纱，蘸上注浆料，将孔口棉纱背紧背实。

2.4 注浆材料

注浆采用P·O52.5级硅酸盐水泥及水玻璃混合注浆加固。现场采用浆液搅拌桶搅拌配制，先按水∶水泥=1∶0.6～1∶1的比例将清水加入拌料桶内，再按比例加入水泥，水泥要粗筛去除杂质，放在搅拌容器内，混合搅拌均匀，然后开始注浆。水泥浆和水玻璃的体积比1∶0.4～1∶1，具体配比可在施工过程中根据巷道的漏浆情况进行调节。

2.5 注浆压力

注浆压力和扩散半径是一对相辅相成的参数，相互之间呈正比关系[10-11]。为保证浆液的扩散半径，浅孔注浆时，注浆泵压力需达到3 MPa；深孔注浆时，注浆泵压力需达到8 MPa。浅孔注浆时采用低压低流缓慢注浆工艺，以便形成巷帮浅部完整止浆层，当漏浆严重时，应适当降低注浆压力；深孔注浆过程中，如果压力持续低于5 MPa，要停止注浆，寻找漏浆点，并采用棉纱堵漏，堵漏后再继续复注。漏浆严重导致停注的区域要补打注浆孔。

3 施工效果分析

为了分析巷帮注浆加固效果，采用钻孔取芯和钻孔窥视的方式对注浆加固效果进行考察。

3.1 钻孔取芯

对注浆的煤帮进行钻孔取芯，查看水泥浆充填效果，查看水泥粘结的裂隙强度情况，确定水泥浆液的合理配比，保证注浆效果的最大化，如图2所示。从取芯情况看，水泥浆液可以将其扩散半径内的煤体的缝隙基本充填完全；煤芯中一些细小的裂隙内也能发现已经风干的水泥浆。从图2(a)可见，水泥浆液将破碎的煤体粘结成块，取芯的切割面过度平滑，水泥浆液粘结牢固。

图2 钻孔取芯图

3.2 钻孔窥视

采用钻孔窥视的方法对注浆加固后浆液充填裂隙情况进行观察，如图3所示。从窥视孔内可以看到明显的白色水泥浆液痕迹，痕迹顺着孔内的裂隙不规则分布，将煤帮内的裂隙全部充填粘结，提高了煤帮的整体强度，有效缩短了松动圈的延伸范围，从而提高了煤帮的抗变形能力。由于浅孔注浆位于松动圈内，裂隙十分发育，因此可以看到十分明显的充填痕迹，且水泥浆液扩散区域大约在孔底前后1～1.5 m的范围内；深孔注浆正好处于煤帮的塑性区，比较于浅孔裂隙发育少，煤帮整体性强，因此浆液痕迹相对较少，充填区域成“细条状”，其扩散范围大约为0.5～1 m。采用8 m和6 m的深浅孔注浆可以使巷帮煤体内形成完整连续的注浆加固区。

a-3.5 m；b-5 m；c-8.5 m图3 钻孔窥视图

4 结语

注浆加固是改善围岩结构，提高围岩整体性，从而提高围岩承载能力的重要技术手段。通过对松软煤层盘区大巷围岩变形原因的分析，结合巷道掘进时间和围岩变形情况，从不同变形巷道注浆加固施工顺序、钻孔布置参数、注浆和封孔方式及注浆压力等方面形成一套完整的巷道注浆加固方案，实现了围岩裂隙的有效充填，提高了巷道围岩的自承载能力和围岩的抗扰动变形能力。