高性能无机注浆材料在复用巷道加固中的应用

袁红卫

（山西安信建设工程检测有限公司，山西 晋城 048000）

长期以来我国很多矿井面临采掘衔接紧张的被动局面，巷道复用作为一种缓解紧张形势的有效方式，逐步得到大面积推广应用。然而在巷道复用过程中存在巷道变形严重、巷道底鼓及两帮移近量较大等诸多问题，巷道返修工程量及返修难度大，巷道往往经多次返修仍无法保证效果。对于受到二次强动压影响的巷道，巷道围岩结构受到破坏，呈现松动破碎状态，单独采用锚网索支护系统，由于锚固剂无法与破碎围岩形成有效整体，直接导致锚杆（索）施工锚固力偏低，锚杆（索）的最大支护能力未能得到有效发挥，极易导致巷道失稳破坏。以成庄矿53082 复用巷加固工程为例，采用高性能无机注浆材料加固技术，充分利用其速凝早强、扩散性能良好的特性，以期达到改善围岩力学性质、提高巷道围岩强度、减少复用巷道变形量的目的，为强动压影响下大断面巷道二次复用提供了途径［1-7］。

1 高性能无机注浆材料性能

普通硅酸盐水泥具有价格低廉、结石率高、固结体强度高、现场实施方便快捷等诸多优点，但由于普通硅酸盐水泥粒径较大，仅能注入宽度≥0.2mm 的裂隙中，浆液渗透性较差。近年来，我国各科研院所相继研制出高性能无机注浆材料，平均粒径在4～10μm 之间，在各类添加剂的配合下，可渗入渗透系数为10～4cm/s 的粉细砂岩中，可注性能与化学材料相当。高性能无机注浆兼具普通水泥与化学材料的优点，是一种具有广泛应用前景的注浆材料。在实验室条件下，对其浆液流动度、凝结时间、强度进行测试，测试结果如下：

（1）流动度测试

实验室采用净浆流动度试模对高性能无机注浆材料在不同放置时间下的扩展度做了测试。由浆液扩展度测试曲线图1 可知，浆液流动性能良好，静置100min 后，浆液扩展度仍能达到180mm 以上。

图1 净浆扩展度测试曲线

（2）凝结时间测试

在实验室条件下，对高性能无机注浆材料凝结时间进行测定。由浆液凝结时间表1 可知，在外加剂的作用下，浆液初凝时间在2.5h 左右，终凝时间在8h 左右。

表1 浆液凝结时间测定

（3）强度测试

为了掌握高性能无机注浆材料的强度特征，在标准养护条件下，采用抗压试验机测试材料1d、3d、7d 单轴抗压强度。由不同龄期强度曲线2 可知，无机注浆材料1d 抗压强度可以达到近19MPa，7d强度可以达到32MPa，具备早强特性，能够满足现场的需要。

图2 不同龄期强度曲线

2 复用巷道注浆加固设计

5308 大采高工作面位于成庄矿五盘区，主采煤层为3#煤，煤层平均厚度6m，平均倾角5°。5308 工作面走向长度2748m，倾向长度为221m。5308 大采高工作面巷道布置情况如图3 所示，工作面共布置四条回采巷道，其中53082 巷断面为矩形，断面净尺寸为 4500mm×4500mm。53082 巷在5306 工作面回采动压影响下变形严重，加之即将经受5308工作面二次采动影响，巷道存在失稳的危险，有必要提前对53082 巷进行加固处理。

图3 5308 大采高工作面巷道布置图

53082 巷先后经历5306 工作面回采和5308 工作面超前支撑压力影响，矿压显现强烈，现场主要表现为巷道收敛变形。现场考察发现，53082 巷变形严重，进而导致53082 回风巷断面减小，影响工作面安全回采。综合现场地质条件，在53082 巷两帮均布置注浆钻孔，钻孔直径42mm，钻孔孔深12m，钻孔间距6m，三花布置。上排孔距离顶板1.5m，下排孔距离底板1.5m，两排间距1.5m。钻孔布置示意图如图4 所示。

图4 53082 巷注浆钻孔布置示意图

3 复用巷道加固效果分析

为了掌握复用巷道加固后的变形情况，在53082巷布置综合测站对巷道表面位移量进行监测，分别在53082 巷980m、960m、940m、920m 处布置四组测站，定期对巷道表面位移数据进行观测。巷道围岩表面位移曲线图如下图5 所示。

通过图5（a）可以看出，53082 巷在工作面前方约80m 时，巷道出现顶底板移近变形，至工作面前方约20m 时，顶底板移近量急速上升，顶底板移近量最大值增至约506mm。通过图5（b）可以看出，至工作面前方约80m 时，巷道两帮开始出现变形，至工作面前方20m 时，巷道两帮移近量急剧增长，两帮移近量最大值增至约398mm。由上述数据可知，现场试验取得了良好的加固效果，有效保障了复用巷道稳定性，满足了工作面安全回采的要求。

图5 加固后围岩变形曲线图

4 安全技术措施

（1）现场做好无机材料存储工作。因井下环境湿度较大，务必将材料堆放至干燥通风的地段，防止材料受潮固结；材料使用遵循先到先用的原则，保证材料及时使用。

（2）钻孔施工严格按照设计进行。钻孔完成后，由当班验收人员对钻孔的角度、深度进行验收，保证成孔质量；孔内注浆管路连接牢靠，防止注浆压力上来后冲开管路；保证封孔质量，孔口棉纱缠绕紧实，长度不低于0.5m，防止孔口漏浆。

（3）注浆作业过程中，现场人员防护设备护目镜、防尘口罩配置齐全；高压胶管连接牢靠，U型销插牢锁死；出浆口设置卸压阀，拆卸管路前先进行卸压处理，防止孔内高压浆液喷出伤人；浆液的配制严格按照设计水灰比进行，保证材料性能得到充分发挥；现场出现孔口漏浆、煤帮漏浆、串孔现象时，根据现场漏浆情况进行封堵，处理完成后继续进行注浆作业，保证单孔注浆量。

5 结论

（1）高性能无机注浆材料性能优良，浆液静置100min 后扩展度仍能达到180mm，浆液初凝时间在2.5h 左右，终凝时间在8h 左右，材料1d 抗压强度可以达到近19MPa，7d 强度可以达到32MPa，具备速凝早强特性，浆液渗透性能良好，具有广泛的应用前景。

（2）现场工业性试验表明：采用高性能无机注浆材料加固后，巷道变形量得到有效控制，顶底板移近量最大值约506mm，巷道两帮移近量最大值约为398mm，保证巷道安全使用。