煤矿巷道围岩注浆加固技术的现状与发展趋势

郭 岩

（霍州煤电集团吕梁山煤电有限公司方山木瓜煤矿，山西 吕梁 033102）

煤炭资源的发掘对于我国人民具有极其重要意义的，特别是在北方，因为冬天的气温过低，需要提供地暖保证，而地暖保证就需要大量的煤炭资源。因此，如何在保证矿工们安全的情况下，还能挖掘到所需的能源，便是如今煤炭行业从业者们普遍关注的焦点。我国是世界上煤炭资源最为丰富的国家之一，从西汉时期就已经衍生出了煤的开采技术，发展到今天，煤矿开采已经达到了比较大的规模，而其中最为重要的部分便是煤矿巷道的围岩注浆技术。

1 煤矿巷道围岩注浆的方法

1.1 原生裂缝破碎下的注浆

因为有煤矿资源的存在，煤矿巷道内存在有很多缝隙和空洞的部分，这就导致矿工在下潜的时候可能受地下水或者岩浆等因素影响，对人身安全构成一定的威胁。在静止状态下，这些原生的裂缝一般不会发生问题，但是在地下水渗透或者岩浆等不可预知问题存在的情况下，严重时可能会使水倒灌到整个巷道之中。因此，围岩注浆的技术非常重要和关键，目前常见的灌浆方式是利用水泥进行灌浆，再配合化学方法，即可达到比较好的注浆效果。

1.2 采集压力破碎下的注浆

煤矿开采在下潜的过程中都会动用大功率的机器，而这些机器的开动会使整个煤矿巷道产生震动，因而导致某些基础结构不太牢固的巷道发生垮塌或堵塞。为了保证巷道断面的空间结构和矿工的生命安全，也需要通过围岩注浆来消除这种隐患。

1.3 多种灌浆方式相结合

除了单一的灌浆加固方式，大多情况下，工程实践中都会将锚固技术与单一注浆的模式相结合。当下开发出来的注浆锚杆具有多样化特征，其作用主要是加固巷道周边的破裂部分，并改善其自身的力学结构，从而达到更好的支撑和保护作用。

2 煤矿巷道围岩注浆的作用

2.1 加固作用

围岩注浆的作用主要是为了提升煤矿巷道的力学结构，达到支护作用。如果结构面的力学结构不合理，就会导致层离、滑层以及裂开的情况，最直接的影响就是围岩变形，所以注浆加固的目的就是为了提高围岩稳定性，加固自身结构。

2.2 缝隙填充

在开采过程中，注浆过程可将一些裂缝、细缝等比较狭窄细长的地方填充满，通过改变缝隙孔位等部分的受力状态，提高围岩的支撑力度。

2.3 空气阻隔

注浆可以很好的将空气阻隔在外，避免因地下水等意外情况而导致开采中的流水通道封堵，同时也能减轻水对围岩的软化程度。

3 加固材料

注浆材料必须满足黏度、力学指标以及抗渗透性能，在矿井下还需要具备阻燃和抗静电性能，同时材料也要满足对人体无害、无污染、无腐蚀的要求。因此市面上现有的材料大致分为这几种：

3.1 水泥基注浆

水泥基作为注浆材料的强度较高，持久性较好，且没有什么污染，来源也较丰富，价格较为低廉，因此，水泥基注浆材料时最常用的注浆材料。但其缺点也有很多，因为其稳定性差、颗粒较大，凝结时间快，所以这种材料一般用于对强度要求较高、离层也明显的煤岩体。例如，现多用于煤矿中的大巷、采掘巷道等处。

3.2 化学注浆

化学注浆一般都是指高分子材料，其优点是黏度低、渗透性好，对于水泥基不能填注的细小缝隙之处，化学注浆都能进行快速的固化，但其缺点是耐久性差、有污染，且价格也不便宜，所以这种注浆方式并不常用。但随着挖掘下潜的深度越来越深，可选用的化学材料种类也越来越多，如今煤矿井下已经大面积推广使用了化学材料，但也有注意点，例如在使用聚氨酯类材料进行注浆时，因其发热量较高，容易发生火灾。

4 材料选择原则

4.1 破坏程度

一般在判断选择哪种材料进行注浆时，应该考虑巷道围岩结构面的分布情况以及其变形破坏的程度，包括缝隙的具体开口和深度等，由此来决定所选材料类型。

4.2 注浆后可能性

需要对矿井巷道注浆之后可能发生的情况进行合理的预判，例如，对永久性注浆之后的抗变能力等都需要进行通盘的考虑，以很好地维护完整的围岩。

4.3 选择来源多、成本低的材料

这一点对于任何工程来讲都是通用的，坚持来源多、成本低的原则对于采煤工程各方面都有着非常实用的价值，但是满足这个条件之前，应该优先保证工程效果以及矿井的安全。

5 质量检测

任何工程的安全都应该是放在首位的，煤矿巷道更是如此，所以注浆的质量也将决定着工程的完成进度和自身的使用寿命。因此，对于注浆的质量检测也是极为重要的。目前，常用的检测方法有以下四点：

5.1 钻芯取样

顾名思义，这种方法就好比穿刺手术一样，从活体中取出小样。该方法主要通过在煤矿岩体中取出芯样来对其进行检验，以此检测注浆的效果和质量，检测所得结果也是最为精确的。但是，这种检测方法的弊端也非常明显，其检测时间较长、工序复杂、花费的成本也比较昂贵，同时，芯样反映出来的只是取芯部分的质量，其他部分的注浆质量并无法做出精密的判断，所以这种检测方法不可取。

5.2 超声波法

超声波法是目前最为常用的注浆质量检测方法，其原理是使用超声波脉冲在岩体中进行传播，再根据波幅、频率等参数的变化来判断岩体中缺陷层的分布。在一段距离中，如果超声波反馈时间越短，那么这部分的岩体注浆就最为密实，反之，就存在缺陷。这种方式快速直接，并且可以用于大面积的测量工作。

5.3 钻孔壁法

钻孔壁法就是通过打孔后，查看洞穿之后的岩体结构，以肉眼可见的状态直接进行检测。这种方法非常直观，但缺点是观察范围很小，不容易掌握全面的结构分布状态。此外，在使用钻孔方式进行检测时，也需要工程师进行适当的推理来制定合理的钻孔数量。

5.4 地质雷达法

地质雷达法是基于被测介质的电性差异，对介质发射高频电磁波并接收其反射而进行处理和分析的工程技术。这种方式可以探测到围岩裂缝的分布，甚至可以查出其具体破坏情况，在注浆之后对其区域再次探测，就能通过两者的对比检查得出注浆的质量和效果。

6 围岩注浆技术现存问题及发展趋势

如今，我国的煤矿开采已经取得了重大的成果，在注浆技术较为成熟的今天，依然存在很多需要深入研究的问题。

6.1 设计评估

对于注浆前的设计方案进行评估，特别是对围岩中的层理、裂缝等结构分布情况的了解，工程师们还应加大调查和分析力度，更全面更深次地了解注浆对象，以提供更为完善的方案。

6.2 裂隙岩体理论

对有裂缝和空隙的岩体而言，我国的注浆工艺和材料都相对落后，因此，想要加强这项理论，就必须研究浆液在岩体中的流动规律、浆液的扩散和固液耦合规律、时变性浆液的流动规律以及浆液在不同煤矿岩体中的渗透规律等。

6.3 开发新材料

如今的注浆材料很多，风格迥异，优缺点不一，只有不断开发新型材料，才能更好解决单一材料不能完全解决的注浆问题，从而降低注浆成本，改善矿下环境。

6.4 加强监测

结合记录仪使用不同的方式对不同的煤矿巷道进行监测和控制，及时发现注浆过程的问题和安全威胁，尽量规避问题发生，提高注浆质量。

7 结语

围岩注浆对于煤矿巷道开采有着极为重要的作用，不管如今的注浆技术和材料多成熟，每年依然能接到关于矿井出事的新闻。因此，对于严格注浆过程，工程师们还需要开发更好的材料，并进行更为专业的监测，这样才能保证煤矿事业的蒸蒸日上。