注浆加固技术在小煤柱沿空掘巷中的应用

张浩春

（山西省晋神能源有限公司，山西 忻州 036599）

0 引 言

部分矿井规划采区及布置采掘面时，为提升煤矿资源回收率，往往采用预留小煤柱，并使用沿空掘巷方式进行工作面布置。该布置方式在掘进过程中动压显现明显，巷道变形严重。因此，沿空掘巷施工首要解决的问题是巷道支护问题。目前，注浆支护技术在沿空掘巷及松软岩层施工中普遍应用，也是一种具备较高支护强度的支护方式。因此，晋能控股集团有限公司白洞矿业8114 工作面运输巷采用注浆加固措施，以期解决小煤柱沿空掘巷中围岩压力大、巷道变形严重、影响安全施工的问题，为矿井安全高效生产提供工程实践和科学依据。

1 工作面概况

白洞矿业8114 工作面主采煤层为8 号煤层，工作面地质条件见表1。工作面运输巷采用预留小煤柱沿空掘巷方式进行布置，具体为沿8 号煤层顶板进行掘进施工，紧邻8812 采煤工作面及其采空区留设宽度为5 m 的小煤柱。受回采期间的巷道动压影响，沿空掘进施工后，巷道围岩强度明显降低，巷道变形严重。

表1 8114 工作面地质条件Table 1 Geological condition of No.8114 Face

2 巷道支护及注浆分析

2.1 巷道支护基本情况

8114 工作面运输巷为梯形断面，净断面面积为13.94 m2，支护方式采用锚网索配合支护，采用22 mm×2 600 mm 左旋无纵筋锚杆，间排距700 mm×700 mm；采用17.8 mm×7 000 mm 的钢绞线锚索，间排距1 700 mm×2 100 mm，巷道支护断面如图1 所示。

图1 巷道支护断面示意Fig.1 Roadway support section diagram

2.2 注浆分析

8114 工作面运输巷埋藏深，标高处于-489—-536 位置，巷道所受地应力较大，因其紧邻8112采煤工作面及采空区，加之巷道为13.94 m2的大断面，所受应力更加集中，极易造成巷道围岩稳定性破坏，产生巷道损坏情况。同时，受8112 采煤工作面回采期间动压，8114 工作面运输巷成巷后，巷道变形量大，顶板局部冒落严重，直接底为厚2.0 m 的泥岩，遇水泥化后膨胀性强，进一步降低巷道整体工程稳定性，导致开采后出现顶板破碎情况发生。

巷道原支护所采用的锚网索配合支护形式因强度不足，无法很好地达到围岩控制，生产无法保证较高水平的单进效率，无法保证安全生产，物料消耗方面需要大量的二次投入，需要大量的维修工程及高强度的工人劳动。因此，通过注浆加固方式增强巷道稳定性，实现巷道围岩控制十分必要。

3 注浆加固方案

3.1 注浆材料

为了对注浆加固效果进行有效分析，结合工程实践，选取8114 工作面运输巷部分区域段巷道进行注浆加固，并与其前方范围内未进行注浆加固巷道进行对比。注浆材料为单液水泥浆液，浆液基本材料选用PC42.5 水泥基，浆液水灰质量比可根据施工现场实际情况进行调节，范围为（1∶0.5） ～（1∶0.8）。同时，施工现场进行浆液搅拌时，要掺入外加剂，外加剂由一定比例的减水剂与膨胀剂混合而成，该比例为1∶6。最终配置好的浆液强度要求20 MPa 以上，结实率不得低于96%。

3.2 注浆钻孔布置

注浆方式采用单液注浆，分别对巷道上下帮及顶板进行注浆加固。其中，上下帮和顶板各布置3个注浆钻孔，巷道断面共施工9 个注浆钻孔，钻具为矿用手持式YN30 风钻，钻孔直径45 mm，钻孔深2.5 m，钻孔具体施工参数见表2。

表2 注浆钻孔施工表Table 2 Grouting drilling construction

现场施工过程中，作业人员发现注浆管的更换耗时较长，影响整体工程进度，为了高效地完成注浆工序，现场设计一种便捷更换的注浆管。注浆管具体参数见表3，孔口注浆管如图2 所示。

图2 孔口注浆管Fig.2 Hole grouting pipe

表3 孔口注浆管参数Table 3 Hole grouting pipe parameters

3.3 注浆工艺

注浆设备选用ZBYSB50/18-7.5 型矿用液压泵，注浆时，需保证注浆压力值在2.5 ～3.0 MPa，注浆后扩散半径2.0 m，注浆量控制在2 t/m。在正式注浆前，施工人员首先进行封孔，为保证封孔质量，现场使用水泥加速凝剂，封孔长度为0.4 m。为保证注浆后的围岩控制效果，注浆的时间应选择在巷道围岩支护体系形成之后的一段时间。注浆的顺序为自下而上、自左而右。

注浆流程如图3 所示。

图3 注浆流程示意Fig.3 Grouting process diagram

4 效果分析

矿山压力显现的最直观表现为巷道顶底板及上下帮变形，通过观测巷道注浆区域与非注浆区域的巷道变形量，能够得出注浆效果的优劣。在注浆巷道段选取6 个观测点，分别对应8114 工作面运输巷25、40、55、70、85、100 m 处，编号依次为1号～6 号观测点。未注浆段巷道共选择3 个观测点，分别对应8114 工作面运输巷125、140、155 m 处，编号依次为7 号～9 号观测点。统计的巷道平均变形速率如图4 所示。

图4 巷道变形平均速率Fig.4 Average rate of roadway deformation

分析图4 的观测数据可知：①与未注浆区域巷道相比，注浆区域巷道的顶底板变形速率和上下帮下沉速率明显降低，其中，未注浆区域巷道顶底板最大变形速率为0.43 mm/d，而注浆区域巷道该值仅为0.13 mm/d，未注浆区域巷道顶底板最小变形速率为0.21 mm/d；②注浆区域巷道2 号观测点的数值出现负数，经实际反馈，2 号观测点布置在底板的基准点，因巷道维修卧底，掉落导致；③虽然巷道两帮变形量在注浆区域巷道段的1 号、2 号、5 号观测点和未注浆区域巷道段7 号、8 号、9 号观测点数值差别不大，但在巷道两帮变形速率上，注浆区域巷道明显低于未注浆段；④注浆区域巷道段内的1 号、2 号、4 号、5 号观测点在整个观测周期内，巷道两帮距离都不同程度变小，而3 号、6 号观测点变化不大。

5 结 论

（1） 针对使用小煤柱护巷进行沿空掘巷存在的巷道围岩变形严重问题采用注浆加固措施。注浆设备选用ZBYSB50/18-7.5 型矿用液压泵，配合水泥加速凝剂进行封孔。现场设计一种便捷更换的注浆管。

（2） 矿压观测数据表明，与未注浆区域巷道相比，注浆区域巷道的顶底板变形速率和上下帮下沉速率明显降低。其中，未注浆区域巷道顶底板最大变形速率为0.43 mm/d，而注浆区域巷道该值仅为0.13 mm/d，未注浆区域巷道顶底板最小变形速率为0.21 mm/d。巷道两帮变形量在部分巷道段差别不大，但在巷道两帮变形速率上，注浆区域巷道明显低于未注浆段。