1815 回撤通道片帮煤壁注浆加固技术应用

张安慎

（山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司，山西 太原 030006）

综采工作面回撤通道主要用于工作面结采后设备回撤，回撤通道断面大小、支护质量、巷道成型对后期工作面安全高效回撤起着重要作用。但是，由于回撤通道主要布置在工作面结采后超前应力区内，回撤通道在施工过程中受其他应力影响很容易发生围岩机理性破坏，表现为煤壁片帮、顶板破碎等。对于回撤通道煤壁片帮，传统主要采用锚杆支护方式，但在实际应用中发现，片帮煤壁裂隙高度发育，锚杆支护后对大面积煤壁无法实现有效支护。本文以沙坪煤矿1815 回撤通道施工期间煤壁片帮为背景，提出注浆加固技术。

1 概况

沙坪煤矿1815 回撤通设计长度240 m，巷道断面规格为宽×高=4.5 m×4.2 m，巷道掘进煤层为8#下煤层，煤层厚度4.5～5.1 m，结构简单，稳定夹矸1 层，处于煤层中下部，岩性白色泥岩，厚度0.10～0.20 m。煤层稳定，内生裂隙较为发育。8#下煤层直接顶为泥岩，基本顶为砂质泥岩。

1815 回撤通上覆对应为18205 和18207 采空区，考虑到地面影响和尽量多回收煤炭资源，回撤通道计划布置在18207 采空区和18206 采空区之间的煤柱下方。煤柱最宽处88 m，最窄处68 m。

1815 回撤通道顶板采用JW 型钢带、左旋无纵筋螺纹钢锚杆、单锚索联合支护。锚杆长2.5 m，每排5 根，锚杆排间距1.0 m，巷帮采用单锚杆支护，锚杆长度为2.0 m，排间距为1.0 m。回撤通道采用综掘工艺，已掘进92 m。工作面在回采过程中，回撤通道两帮煤壁出现局部破碎现象，当巷道掘进至68 m 处时煤壁出现大面积片帮现象，最大片帮深度达1.6 m，片帮高度达2.0 m，大大降低了回撤通道成型率，影响着后期工作面安全高效回撤。

2 回撤通道片帮及支护技术难题

2.1 片帮机理

（1）集中应力影响。1815 回撤通道顶板上覆17 m 为18207 采空区、18206 采空区，受采空区残余应力、巷道掘进应力以及工作面超前应力叠加影响，回撤通道围岩破坏严重。回撤通道两帮主要为含夹矸的8#下煤层，力学性能降低，在集中应力作用下煤体内部裂隙发育，破坏了煤体整体稳定性，导致片帮现象。

（2）顶板稳定性差。1815 回撤通道直接顶主要以泥岩（炭质泥岩）为主，基本顶主要以砂质泥岩为主，直接顶岩体单轴抗压强度不足30 MPa。在上覆采空区残余应力垂直破坏作用下，岩体出现断裂、离层、破碎等现象，顶板支撑强度降低，导致垂直应力顶板裂隙传递至巷帮煤柱上，对煤柱产生剪切破坏作用，导致煤壁片帮。

2.2 片帮煤壁支护技术难题

1815 回撤通道片帮煤体整体稳定性极差，破碎煤体单轴抗压强度不足20 MPa，煤体破碎后在煤体内部形成应力破坏松动圈，随着应力持续作用，应力松动圈范围不断扩大。通过施工窥视孔发现，严重片帮区域煤体松动圈深度达3.0 m，而原支护设计中巷帮锚杆长度为2.0 m，锚杆锚固端位于松动圈内部，锚固剂对锚杆锚固效果差，锚杆失效现象严重。

3 注浆加固技术应用

3.1 注浆材料

（1）1815 回撤通道片帮煤壁注浆施工时主要采用水泥-水玻璃混合单液浆作为注浆材料，其中水泥浆主要采用525#普通硅酸盐水泥制成，水灰比为0.8:1，具体根据现场情况对水灰比进行适当调整。水玻璃浓度为38～42Be’，模数M=2.8～3.2，水玻璃用量为水泥重量的2%～4%。

（2）在进行注浆材料调配时，先制作水泥浆，待水泥浆充分搅拌均匀后，开始注浆前再添加水玻璃，二次搅拌后再进行压注。在注浆期间应采用电动搅拌机不停对注浆材料进行搅拌，防止浆液沉淀。

3.2 注浆设备

采用2ZBQ45/12 型系列气动注浆泵注浆，注浆泵额定供气压力0.5 MPa，注浆压力0～12 MPa，最大注浆流量为45 L/min。该型号注浆泵配套两个QB260 煤矿用气动式搅拌桶。

3.3 注浆施工工艺

3.3.1 注浆钻孔布置参数

1815 回撤通道片帮煤壁共计施工两排注浆钻孔，钻孔排距为1.1 m，钻孔间距为5.0 m，采用Ф42 mm 钻头打孔，一次成孔，孔深为6 m。第一排钻孔距顶板间距为0.5 m，钻孔水平角为0°，仰角为6°；第二排钻孔距顶板间距为1.6 m，水平角、仰角为0°。1815 回撤通道片帮煤壁注浆钻孔平剖面布置示意图如图1。

图1 1815 回撤通道片帮煤壁注浆钻孔平剖面布置示意图

3.3.2 钻孔施工工艺

（1）注浆钻孔施工完后，在钻孔内安装插管，插管主要由射浆管、封孔管、直接头等部分组成。插管总长为4.0 m，其中射浆管、封孔管长度为2.0 m。射浆管上均匀焊制若干个直径为12 mm 注浆孔，如图2。封孔管端头部管体点焊有铁丝，便于封孔缠棉纱需要。

图2 注浆钻孔封孔工艺平面示意图

（2）注浆钻孔设计封孔长度1.5 m，封孔可选用囊袋式A、B 料聚氨酯化学浆（瓦斯抽放封孔用）或注入水泥砂浆，封孔长度段浆体凝固达到一定强度后（化学浆约45 min 后，水泥砂浆约2 d），即可进行注浆施工。

（3）在注浆施工时必须控制好注浆压力，确保注浆液能够克服裂隙阻力渗透至围岩裂隙中。在实际注浆施工中观察发现，若注浆压力过小时注浆阻力大，浆液无法完全渗透裂隙带内，注浆范围小；若注浆压力过大时浆液对裂隙产生二次致裂破坏作用。所以根据15815 回撤通道煤壁片帮破碎情况，决定注浆压力控制在0.5～1.0 MPa 范围内。

4 结 语

1815 回撤通道于2020 年3 月27 日施工到位，通道每帮共计施工58 个注浆钻孔，对通道两帮采取注浆加固后，巷帮煤壁片帮现象得到有效控制，取得显著应用成效。

（1）控制了围岩松动圈。通过对回撤通道片帮煤壁采取注浆加固，对煤体内裂隙进行充分粘接、填充，提高了煤体整体稳定性，阻止了煤体裂隙扩张延伸，控制了围岩松动圈范围扩大，有效防止了裂隙煤体应力释放时导致两帮煤体移近、破碎现象。

（2）提高了锚杆支护强度。对1815 回撤通道两帮煤体采取注浆加固后，提高了破碎煤体胶结强度，锚杆在注浆加固后的煤体内锚固效果得到有效提高。通过观察发现，注浆后煤壁采用锚杆支护时锚杆失效率降低了7%。

（3）降低了煤壁剪切应力破坏作用。通过对注浆后煤体进行轴向压力试验发现，注浆后煤体单轴抗压强度提高至45 MPa，增加了煤柱整体支撑强度，削弱了顶板垂直应力对煤柱剪切破坏作用，减少了煤柱片帮现象，注浆后1815 回撤通道两帮煤体最大片帮深度控制在0.5 m 以下，片帮高度控制在0.7 m 以下。