厚煤层破碎围岩巷道注浆加固分析

2022-09-14钮泽东

山东煤炭科技 2022年8期

钮泽东

（晋能控股煤业集团有限公司大同市青磁窑煤矿，山西大同 037000）

在煤炭地下开采过程中，厚煤层破碎围岩巷道必须做好巷道支护和加固工作，保证巷道结构稳定和安全生产[1]。由于受巷道围岩组成、采掘工作、围岩压力等因素的影响，围岩内部裂隙纹理发育，存在软弱结构面等会导致巷道围岩破碎。如果不采取措施对围岩结构进行加固，巷道围岩变形会不断增加，造成支护困难，甚至造成巷道结构破坏[2]，产生安全事故。注浆加固可以填充岩体内部的空隙和空洞，固化后有效提高围岩强度和稳定性[3]，保证施工安全。山西大同市青磁窑煤矿11#层406 盘区8614 工作面在回采施工时，由于压力过大导致顶板围岩破碎，拟采用万固脂进行注浆加固。

1 概况

8614 工作面位于11#层406 盘区中南部，东部为8616 工作面实体煤，南部为铁路保安煤柱，西部为8206 采空区，北部为406 盘区大巷，上覆7#层、3#层、2#层采空区。8614 工作面所采煤层为11#煤层，煤层总体为单斜构造，西高东低，以东南部最低。巷道开挖后，发现8614 工作面有六条断层，落差在0.15～1.00 m 之间，倾角在48°～70° 之间。回采至334 m 时，工作面顺槽顶板破碎。为了控制顶板变形，采用万固脂注浆加固的方式进行加固，以保证施工安全。

2 注浆加固方案

2.1 注浆材料选择

8614 工作面顺槽注浆加固采用化学浆液—万固脂，万固脂粘度低，渗透性好，采用高压灌注可有效填充细小缝隙，可人为控制凝固时间，注浆后体积膨胀可有效填充孔隙，浆液结石率高，固结强度较大，施工工艺简单，但价格较高，通常只用于需要进行快速加固的部位[4]。注浆压力应结合围岩渗透性、注浆材料性能等指标确定，较高的注浆压力有利于浆液扩散，但压力过大也会导致围岩出现劈裂效应，甚至造成围岩结构破坏。通常状况下，注浆压力不得超过2 MPa，围岩破碎、裂隙发育区域注浆压力不得超过1 MPa，裂缝开度不大时注浆压力控制在1～2 MPa[5]。本项目注浆压力按1 MPa 控制，并结合工作面顶板围岩实际情况适当调整注浆压力。

2.2 注浆量

为了保证注浆后围岩孔隙能够填充满浆液，一方面要保证注浆压力，另一方面要控制注浆量。在规定压力下，注浆到围岩不吃浆为止，通常以浆液不继续渗透，注浆孔内充满注浆液为准。单个注浆孔注浆量Q采用以下公式计算：

Q=ALπR2βλ

式中：A代表浆液消耗系数，取值1.2～1.5；L代表孔深范围内加固区厚度，m；R代表浆液扩散半径，m；β代表围岩的裂隙率，取值为1%～5%；λ代表浆液的填充系数，取值为0.6～1.0。

2.3 注浆方案

为了有效控制巷道顶板变形，填充围岩孔隙，固结围岩结构，采用浅部注浆和锚索注浆的方式进行加固。顶板布置浅部注浆孔两个，间距为1500 mm，排距为1800 mm，浅部注浆孔垂直于顶板布置，孔深3000 mm，孔径为42 mm；锚索注浆孔三个，布置间距为1250 mm，排距为1800 mm，中部锚索注浆孔垂直于顶板，两侧锚索注浆孔与水平方向夹角为70°，孔深7500 mm，孔径为32 mm。浅部注浆管为Φ20 mm×2000 mm，锚索采用Φ22 mm×7800 mm 中空注浆锚索。注浆孔布置如图1。

图1 巷道顶板注浆孔布置图

2.4 巷道注浆加固技术

（1）钻孔。采用7655 型钻机、Φ42 mm 风钻钻头钻孔，钻孔后对孔径、孔深等技术参数进行检验，合格后送入注浆管。

（2）封孔。采用万固脂和棉纱封孔，将棉纱缠绕到注浆管上部，浇上万固脂，然后将注浆管送入注浆孔内，万固脂发生化学反应后体积膨胀，将注浆管固定在注浆孔内。注浆管固定长度不得低于

300 mm。

（3）注浆。万固脂化学反应稳定后，将注浆管内的清水排除，连接管路进行注浆。注浆过程中严格控制注浆压力，当压力超过2 MPa 时应立即停止注浆。一个注浆孔注浆完成后，关闭截止阀，待注浆孔内浆液凝固后方可拆下截止阀。顶板注浆顺序为从两侧向中间，从围岩稳定性较好的区域向较差的区域注浆。注浆过程中必须做好安全防护，工作人员不得站在空顶下作业。注浆过程中严格控制注浆压力，根据顶板破损程度、间隙调整注浆量，如局部漏浆采用棉纱、木楔封堵。

3 顶板注浆效果分析

3.1 围岩应力分布情况分析

为了检验顶板注浆加固效果，对加固前后围岩的垂直应力和水平应力分布情况进行检测和统计，通过对比分析确定加固效果。分别在加固前后对巷道围岩应力分布情况进行观测，由于巷道顶板和煤柱帮是巷道变形最严重的部位，因此重点对巷道煤柱帮垂直应力和巷道顶板水平应力观测结果进行分析。收集数据绘制加固前后巷道煤柱帮垂直应力和顶板水平应力分布曲线如图2、图3。