矿井冒落区充填加固注浆探讨

2020-04-13赵春阳

黑龙江科学 2020年6期

赵春阳

(七台河市鹿山优质煤有限公司，黑龙江七台河154600)

煤矿矿井巷道工作面遇破碎带极可能出现冒顶，注浆是进行巷道局部加固地层比较有效的一种方法。一般而言，冒落区采用的注浆方法是先直接钻孔进行注浆充填加固，再进行管棚注浆充填加固。这两种方法的注浆加固前都必须施工止浆墙。

1 采空区直接钻孔注浆充填加固

采空区直接钻孔注浆充填加固的方法适合冒落区(带)较短、破碎带地层具有一定可注性的情况，施工比较简单，易于操作，效果较好。造孔主要在止浆墙的上拱部，一般钻孔仰角3°～5°，间距300～500 mm，钻孔深度根据具体冒落带长度进行确定，通过埋设的注浆管注浆用以加固其冒落区(带)。具体充填加固注浆施工步骤包括如下几个方面：

(1)在工作面砌筑止浆墙，封闭冒落区(带)。

(2)在止浆墙预留位置造孔，由于破碎地层极易塌孔埋钻，必须选用扭矩力较大的钻机。

(3)在钻孔施工结束后，马上注浆。注浆选用中压大流量注浆泵，浆液先稀后浓，一般采用单液水泥浆，需要时也可采用化学浆液充填。

(4)注浆养护结束后，在注浆加固区施工检查孔，如果注浆效果非常好，冒落区(带)巳充填加固，就可以进行掘进施工；如果注浆加固效果不太好，必须再施工钻孔补充注浆，直至满足规范标准要求时为止。

(5)掘进工作必须采取短掘短砌的方式施工，以快速掘进通过冒落区(带)。

2 采空区管棚注浆充填加固

管棚是将一组钢管沿掘进荒径外设计好的角度打入地层内，或先根据设计角度钻好钻孔，然后再将钢管(或钻杆)送入孔内，钢管与其他支架结构组合形成棚架预支护加固体系，承受来自于上部地层的载荷。通过钢管上的注浆孔向地层进行注浆，加固破碎地层，提高地层的强度。管棚注浆是一种超前支护加固技术方法，适合用于已冒落区的加固处理，而对松软、破碎、易坍塌的掘进工作面必须进行预加固。

2.1 管棚注浆充填加固的主要作用

(1)梁拱的安全效应：在矿井巷道前方预设的管棚，以工作面和后方支撑作为支点，形成一个梁式结构，承受围岩压力，能有效抑制围岩松动和垮塌。

(2)加固的安全效应：注浆浆液压入围岩裂隙，使岩体胶结、固结，改善软弱围岩的力学性质，增强围岩的自承能力，实现加固钢管周边破碎带的目的。

(3)环槽的安全效应：工作面爆破出现的爆炸冲击波和气体扩展遇到管棚后被反射、吸收，降低了反向拉伸波导致围岩破坏及扰动。

(4)确保施工安全可靠的作用：管棚支护的刚度较大，在施工时对冒顶塌落体能够起缓冲的作用，即使有时管棚失稳，它的破坏也不会加大。

2.2 管棚注浆的施工工艺

管棚通常采用42～108 mm的钢管，钢管上对称钻孔，形成花管，钻孔直径大约8～10 mm。采空区管棚注浆充填加固的主要施工步骤如图1的超前管理注浆施工工艺示意图所示：

图1 超前管棚注浆施工工艺示意图Fig.1 Construction process of advance pipe shed grouting

(1)首先在工作面砌筑止浆墙，以封闭冒落区；其次在管棚设计孔位预埋孔口管。在施工止浆墙时，采用碎石、矸石或喷射混凝土，尽可能充填冒落区。

(2)冒落区顶部如果不能用碎石、喷射混凝土充填饱满时，也可用化学发泡材料通过管路进行快速注浆充填。

(3)根据设计管棚的方位、角度，用钻机钻到设计孔深，插入42～108 mm的钢管，在成孔比较困难时，必须直接用钢管或钻杆跟管钻进，穿过冒落区进入完整岩层后，将钢管或钻杆留在孔内，再用钢管对冒落区进行充填固结注浆，在冒落区上方形成扇形管棚及加固区，如图2超前管棚布置示意图的所示。管棚间距通常为200～300 mm。