赵庄煤业13102 复用巷道注浆优化应用研究

刘子淇

（山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司赵庄煤业，山西 长治 046600）

随着开采深度的增加，巷道所处的环境也越来越差，围岩变形量也更加严重，返修次数不断增加，能否有效解决这些问题关系到煤矿的安全生产。基于现有研究，结合赵庄煤业13102 巷工程背景，总结分析了巷道的破坏原因，提出了适用于控制巷道围岩的二次注浆支护方案，给出了最佳注浆支护参数，以期为同类复用巷道围岩控制问题提供一条切实可行的技术方案。

1 工程概况

赵庄煤业13102 巷为1310 工作面回风顺槽，全长约2750 m，为1310 和1311 两个工作面服务。目前1309 工作面临近回采完毕，1310 工作面准备接替，1311 正在布置回采巷道。13101 巷与13102巷之间保护煤柱净宽50 m。计划在13102 巷进行全长注浆加固，维护该复用巷道，以满足1311 工作面的复用。

顶底板岩性见表1。

表1 顶底板岩性表

13102 巷为矩形断面，尺寸为5.0 m×4.5 m，沿顶掘进，留有底煤。巷道掘进后原支护方式采用锚网梁支护，巷道锚杆锚索布置图如图1。顶板支护：顶角锚索距帮300 mm，每排5 根锚索，锚索为Ф22 mm、长6400 mm 的高强度低松弛预应力锚索。两帮支护：锚杆为左旋无纵筋螺纹钢锚杆，排距1200 mm，间距950 mm，最顶、底部两根锚杆分别距顶、底板300 mm、400 mm。每排每帮5 根锚杆，帮部上角锚杆与水平方向成10°偏角，其余4 根均与巷帮垂直；锚索每帮每排2 根，排距2.4 m，锚索间距2.2 m。

图1 巷道原支护布置图

2 围岩破碎现状

在锚网梁支护方案下，巷道围岩移近量变大，顶板冒顶，煤壁向巷道内崩落。在工作面回采超过40 m 后，前方巷道断面收缩量进一步增大，围岩更加破碎，锚杆、锚索失效比较严重，顶板锚杆失效量超过一半，部分锚索失效，两帮锚杆失效数量接近一半。顶板大幅下沉，两帮严重变形，围岩整体失稳，已经难以满足13102 工作面回采期间巷道正常使用，需要对其进行多次返修，严重影响了工作面的正常回采进度。

根据现场统计，在现有支护方案条件下，巷道变形严重区域的巷道顶板位移量超过700 mm，巷道两帮围岩变形量超过600 mm，两帮剧烈变形区和稳定区的变形量占总变形量的80%以上。剧烈变形区形变大的根本原因是一次支护强度不足，而稳定区是由围岩破坏深度加深引起的，锚杆、锚索失去作用，围岩承载能力大幅降低。

因此，采用二次注浆的支护方案加固围堰，一次注浆用于提高一次支护强度，控制剧烈影响区巷道变形量和破坏深度，在稳定区及时进行二次注浆，提高围岩的残余承载能力，使围岩达到稳定状态。

3 13102 巷注浆加固方案

3.1 一次注浆加固方案

复用巷道理论最佳注浆时机是工作面后方0～150 m 范围，即巷道初始变形区。初始变形区内巷道围岩发生松动，裂隙贯通，可注性提高，注浆效果好。理论最佳锚索补强时机是越早越好，在煤体内裂隙尚不发育、完整性仍较高时，锚索锚固力最有可能达到要求，后期随着巷道变形增大，破坏深度增加，锚索锚固力快速降低。

目前存在的主要问题是超前工作面提前补打帮部锚索，锚固力多数不达标，必须采用注浆后帮部锚索补强。注浆是为了给锚索提供更好的受力环境，实施超前注浆、锚索补强，均必须超过工作面前方150 m 以外。

3.1.1 注浆范围

巷道全长，煤柱一侧和工作面一侧。

3.1.2 钻孔布置

采用4 m、10 m 两个孔深进行注浆，4 m 孔用于封帮。

4 m 孔布置：浅孔每排4 个钻孔，4 个钻孔在一条直线上。第1 钻孔距离顶板0.8 m，孔深4 m，仰角10°；第2 个钻孔距离第1 个钻孔1.1 m，孔深4 m，仰角0°；第3 个钻孔距离第2 个钻孔1.1 m，孔深4 m，仰角0°；第4 个钻孔距离第3 个钻孔1.1 m，孔深4 m，仰角0°；中部钻孔距离底板2.5 m，孔深4 m，仰角0°，孔径均为42 mm。钻孔排距2 m。4m 浅孔布置平面图如图2。

图2 4 m 浅孔布置平面图

10 m 孔布置：孔深10 m，孔径42 mm，每排2个钻孔，孔间距2 m，上排钻孔距顶板1.5 m，仰角5°，下排钻孔距顶板3.0 m，仰角0°。10m 孔布置平面图如图3。

图3 10m 孔布置平面图

3.1.3 注浆管安装、封孔

外部采用1 根DN20 钢管，2 m，内部采用PE 管。封孔长度：4 m 孔封孔长度0.5～1 m，10 m 孔封孔长度1～2 m。

3.1.4 注浆材料

4 m 孔使用联邦加固1 号（双液）注浆材料，使用水灰比0.8:1～1:1。10 m 孔采用联邦加固1 号（单液）注浆材料，使用水灰比0.6～0.8:1。该注浆材料具有快凝、早强、高渗透性、结石率高等特性，可以根据需要，调整凝结时间和胶结强度。不同水灰比条件下净浆固结强度见表2。

表2 联邦加固Ⅰ号双液材料抗压强度对比（MPa）

3.1.5 注浆参数

注浆压力：4 m 浅孔注浆终止压力6～8 MPa，10 m 孔试验15 MPa 压力下注浆情况，如可行按照终止压力15 MPa 执行，如不可行，注浆终止压力应不小于10 MPa。

3.2 13102 巷二次注浆加固方案

注浆范围：巷道全长，仅煤柱一侧。

注浆时机：1310 工作面后方600～800 m 范围，跟随工作面回采进行。

钻孔布置：钻孔上下排布置，上排孔距顶板为1.5 m，仰角5°，孔深8 m；下排孔开孔高度距顶板3.0 m，仰角0°，孔径均为42 mm。钻孔排距2 m。二次注浆8 m 钻孔布置图如图4。

图4 二次注浆8 m 钻孔布置图

注浆材料和注浆参数：二次注浆10 m 孔采用联邦加固1 号（双液）注浆材料，水灰比0.8:1。注浆终止压力不小于8 MPa。注浆过程中应注意压力不可过大，如煤帮出现异常，应减小注浆压力。

4 工程应用

对13102 复用巷道注浆完毕后，布置12 个位移测点，并持续观测测点，每7 d 观测一次，变化速度大于5 mm/d 时，每3 d 观测一次。分析巷道变形量和变形速度，得到注浆加固后围岩变形曲线和变形速率曲线如图5。

图5 围岩变形情况

由图可知，对巷道注浆加固后，巷道总变形量为：顶板下沉量小于400 mm，两帮移近量少于350 mm，满足使用需求。相对于原支护方案的顶板和两帮的位移量700 mm、600 mm，分别减少了43.9%、41.7%。由变形曲线可知，距离工作面越近，变形量越大，在距工作面超过40 m 时，巷道围岩变形量的速率急剧减缓。通过二次注浆提高了围岩的整体强度，改善了巷道围岩的力学性能，为锚杆提供了强有力的着力基础，有效控制了巷道围岩的位移量，支护效果良好。

5 结论

（1）在锚网梁支护方案下，当本工作面回采时，复用巷道受回采动压的影响，矿压显现剧烈，表现为巷道围岩移近量变大，顶板冒顶，煤壁向巷道内崩落。

（2）对复用巷道进行二次注浆，一次注浆的目的是提高一次支护强度，减小剧烈影响区巷道变形量和破坏深度，在稳定区及时进行二次注浆，提高残余承载能力，使围岩进入稳定状态。

（3）通过工程实践可知，优化方案提高了围岩的整体强度，改善了巷道围岩的力学性能，有效控制了巷道围岩的位移量，满足了工作面的使用需求。