回采巷道掘进过破碎带注浆加固技术研究

2022-09-26雷胖

山西冶金 2022年4期

雷胖

（山西汾西正令煤业有限责任公司，山西孝义 032300）

随着矿井采掘深度增加，煤炭回采时受断层、褶曲、地层破碎带等构造影响更为显著[1-2]。回采巷道掘进过破碎带时常出现围岩变形量大、顶板冒落等问题，给巷道掘进及后续使用安全带来较大威胁[3-5]。山西某矿50302 运输巷掘进时受区域褶曲构造影响，巷道掘进至660～720 m 范围内遇破碎带，提出通过注浆方式加固破碎带煤岩体，文章就对注浆加固技术方案以及应用效果进行分析，以期为其他矿井回采巷道破碎围岩控制提供经验借鉴。

1 工程概况

50302 运输巷巷宽4.5 m、巷高3.1 m，采用EBZ160 综掘机沿3 号煤层顶板掘进，采用锚网索方式支护围岩。3 号煤层为矿井主采煤层之一，煤层厚度平均3.1 m，倾角3°～7°，赋存稳定。3 号煤层直接顶为厚度0.5～12.7 m 砂质泥岩，厚度变化较大，中间夹杂有少量植物化石；基本顶为细砂岩，厚度2.75 m，致密且坚硬；直接底为泥质粉砂岩，厚度3.97 m，中部夹杂煤线；基本底为粉砂岩，厚度7.5 m。

根据已有物探资料以及探测钻孔探测资料显示，50302 运输巷掘进至560～720 m 范围内遇破碎带，在破碎带内围岩承载能力、稳定性等较差，为此采用注浆方式对围岩进行加固，以期实现巷道高效掘进以及安全使用。

2 注浆加固技术应用

2.1 注浆加固必要性分析

当巷道掘进遇破碎带时可采用加密锚杆索或者采用U 型钢架棚方式强化围岩支护，虽然可在一定程度上降低围岩变形，但是由于破碎带内煤岩体中发育有大量裂隙，围岩整体稳定性及强度较差[6-7]。注浆后浆液在破碎煤岩体内扩展，并可将原本破碎的煤岩胶结为结构相对完整的整体，提高煤岩体自身稳定性，改善力学性质（增强黏聚力及内摩擦角）。

50302 运输巷顶板岩层为砂质泥岩，在破碎带内裂隙发育同时容易出现风化，巷道在破碎带内顶板控制难度大。若采用以往的锚网索支护方式势必面临较大的顶板下沉以及冒落风险。为实现巷道围岩有效控制需对顶板以及巷帮进行注浆，同时及时对围岩进行喷浆，降低围岩风化程度。

2.2 围岩注浆加固方案

根据巷道掘进前方破碎带发育情况，为确保巷道围岩稳定，在巷道掘进至破碎带两侧10 m 范围作为注浆加固起点及终点，以便确保巷道使用安全。

2.2.1 注浆钻孔布置

在破碎带影响范围内向在巷道顶板布置3 个注浆孔，中部注浆孔沿着巷道中线布置，其余两个注浆孔距离巷帮间距均为0.8 m、外插角均为65°。布置的注浆孔深度均为8 m，钻孔间排距均为2.0 m，钻孔孔径75 mm。

为确保巷帮围岩稳定，降低破碎围岩给巷道及后续使用影响，在巷帮布置2 排钻孔，钻孔布置形式为矩形。上排钻孔仰角10°，开孔位于顶板下方1 000 mm处；下排钻孔与上排钻孔间距1 000 mm，垂直煤帮施工。巷帮钻孔孔深均为8 m，钻孔孔径50 mm。具体巷帮注浆钻孔布置如下页图1 所示。

由于破碎带内煤岩体裂隙发育，为避免后续注浆过程中出现串孔情况，巷道钻孔施工及注浆采用分次进行，具体钻孔分次施工及注浆布置如图1 所示。一次钻孔钻进、注浆完成后，再进行二次钻孔钻进、注浆工作。现场注浆时应遵循先顶板、后巷帮顺序。

图1 注浆钻孔布置示意图（mm）

2.2.2 注浆材料及注浆参数

注浆材料为联邦加固1 号，该种注浆材料含有A/B 两种浆液，具有早强、速凝、结石率高、渗透性强等优点，胶结强度以及凝结时间调整可通过调整水灰比实现。现场发现将水灰质量比确定为0.8∶1.0 时注浆浆液扩散效果较为显著。注浆浆液在混合后3 min内即失去流动性；混合后15 min 浆液即完全固化；混合后8 h 煤岩体固结强度及粘结强度可分别达到12 MPa、2 MPa。

在破碎段巷道围岩注浆加固时，将注浆孔封孔长度控制在2 m 以上，顶板、巷帮注浆压力分别控制在4 MPa、6 MPa 以内。注浆期间时刻关注围岩，避免注浆压力过大导致顶板或者巷帮煤岩体失稳。若顶板、巷帮注浆时出现漏浆问题，可采用间断注浆方式进行处理，每次间断时间控制在2 min 以内；注浆一段时间后当发现注浆浆液外溢严重或者达到设计压力值后，即可停止注浆。

3 围岩注浆加固效果

在掘进至破碎带期间采用顶板、巷帮注浆方式对围岩进行控制，并对50302 运输巷表层喷浆。支护方案应用后监测围岩变形，具体结果见图2 所示。从监测结果看出，巷道注浆加固完成后顶板及巷帮喷浆层未出现开裂迹象，巷道围岩变形量整体较小，其中在监测期间（为期60 d）发现顶底板、巷帮变形量分别稳定在142 mm、37 mm，顶底板变形中底鼓量占比可达到65%，主要是由于底板未进行支护导致。对破碎带煤岩体注浆加固后，巷道围岩变形量整体较小，同时顶板岩层稳定，未有顶板冒落迹象出现。