基于注浆技术的矿井巷道加固修复研究

高江涛

（潞安化工集团阜生煤业，山西 晋中 030600）

我国是一个煤矿大国[1]，煤矿在我国能源结构中占有重要地位，煤炭对于我国经济发展具有重要的促进作用，我国煤矿开采大部分属于井工开采，井工开采需要开采大量的巷道，随着我国开采深度的逐渐增加[2-3]，大部分矿井已进入深部开采阶段，深部开采面临高地应力的影响，对巷道产生影响，造成巷道的变形破坏，给生产造成了威胁，因此，需要进行多次返修，而注浆技术是进行围岩加固的有效手段，对于围岩稳定具有很好的效果[4-7]。本文以山西寺河矿为试验矿井对其运输巷和胶带巷进行注浆加固治理。

1 工程概况

寺河矿东五盘区东翼辅助运输巷和胶带巷为盘区主要巷道，服务于整个东五盘区，两条巷道平行相邻，辅助运输巷在胶带巷南侧。辅助运输巷南侧依次为新掘的东五盘区东翼回风1 巷、东五盘区东翼回风2 巷、53033巷、5303工作面（已采），胶带巷北侧为100m宽煤柱，煤柱以北为53043巷、5304工作面。位置关系如图1所示。其中，胶带巷与东翼辅助运输巷之间煤柱宽度15m，东翼辅助运输巷与东五盘区东翼回风一巷之间煤柱宽度10m，东五盘区东翼回风一巷与东五盘区回风二巷之间煤柱宽度10m，东五盘区回风二巷与53033巷之间煤柱宽度35m。

图1 工作面巷道位置布置图

2 巷道破坏特征

受5303 工作面采动影响，以及采空区侧向支承压力影响，目前东五盘区东翼辅助运输巷和胶带巷变形破坏严重。其中辅助运输巷，原宽5m，8#横川以里现宽3.6～3.8m，部分区域宽3.1m；11#横川以里架棚支护，棚腿为U型钢，巷高仅剩2.6～2.7m，22#～23#横川范围巷高不足2m，宽3.6m，辅助运输巷北帮为15m煤柱，北帮锚索受力小，说明北帮15m煤柱已经屈服破坏，锚索随煤帮发生整体位移。

东五盘区辅助运输巷需要过胶轮车等大型设备，从破坏情况来看，东五盘区辅助运输巷不能正常使用，胶带巷情况略好，但同样无法正常使用，需要采取治理措施。

3 巷道治理原则及修复思路

3.1 巷道治理原则

（1）巷道两帮是注浆加固的重要区域，防止两帮围岩变形量大导致巷道无法使用。

（2）两条巷道之间的保护煤柱已经处于完全屈服破坏状态，应作为加固的重点，必须对保护煤柱进行注浆加固，同时，在进行围岩扩帮时选择另外一边进行施工作业[8-10]。

（3）由于两条巷道之间的保护煤柱已经处于屈服破坏状态，处于极不稳定状态，应先进行注浆加固作业再行扩帮，同时，巷道变形破坏深度较大，为了防止在进行围岩扩帮时发生片帮事故，要进行一定深度的注浆加固，当浆液凝固保护煤柱稳定后在进行扩帮作业[11-13]。

（4）由于煤体表层极度破碎，为了防止深部注浆过程中漏浆造成注浆材料的浪费，应在深度注浆前先对围岩表层进行注浆，形成止浆层，有效降低浆液漏失量[14-15]。

（5）采动影响下极易造成底鼓的发生，5304工作面处于开采过程中，其极易造成相邻巷道发生底鼓，因此，为了防止二次底鼓清理的发生，应在5304工作面回采结束后再进行。

3.2 巷道修复思路

3.2.1 胶带运输巷治理思路

辅助运输巷与胶带运输巷位置关系如图2所示。

图2 辅助运输巷与胶带运输巷位置关系

（1）北帮浅孔注浆后扩帮。在巷道北帮进行浅孔注浆，采用双液速凝注浆材料，注浆钻孔深度4m，加固扩帮深度范围的煤体，浅孔注浆完毕后扩帮；

（2）北帮注浆加固。注浆锚杆和注浆锚索配合，采用双液速凝注浆材料全长锚固，注浆锚索长度6m；

（3）南帮喷浆注浆。在巷道南帮和东五盘区辅助运输巷北帮喷浆，喷浆层厚10cm，喷浆后采用超细水泥注浆材料注浆加固，注浆后采用8m 长锚索补强，或者采用16m长锚索对煤柱对穿补强。

3.2.2 辅助运输巷治理思路

（1）南帮浅孔注浆后扩帮。在巷道南帮进行浅孔注浆，采用双液速凝注浆材料，注浆钻孔深度4m，加固扩帮深度范围的煤体，浅孔注浆完毕后扩帮；

（2）南帮注浆。注浆锚杆和注浆锚索配合，采用双液速凝注浆材料全长锚固。注浆锚索长度6.3m；

（3）北帮注浆。北帮为15m宽煤柱，在北帮喷浆，同时在胶带运输巷南帮喷浆，厚度10cm，喷浆后采用超细水泥注浆材料注浆加固，注浆钻孔深度8m，然后采用8m长锚索补强，或者采用16m长锚索对煤柱对穿补强；

（4）顶板注浆。对顶板变形破坏严重的区域喷浆，喷浆后施工钻孔注超细水泥注浆材料；

（5）底板加固。打底角注浆钻孔，加固底角。

4 巷道治理技术

胶带运输巷和辅助运输巷在巷道南北帮治理基本一致，将二者治理技术进行整合。

4.1 北帮注浆扩帮

为保证巷道断面能够满足使用，首先对北帮进行扩帮，由于煤体破碎，为防止扩帮过程中出现煤帮大面积片帮或者扩帮成型不规则，需要先对北帮扩帮范围注浆加固。浅部注浆钻孔布置上、下两排钻孔，“三花”布置，上排孔距离顶板1m，下排孔距离上排孔1m，上排孔仰角15°，下排孔垂直于煤帮，两排钻孔间距均为4m，设计孔深4m，采用∅42mm 孔径，见图3。注浆材料使用无机双液注浆材料，组成材料全部为无机矿粉，具备不自燃、无毒、无腐蚀、无污染特性，是完全环保型注浆材料，是一种快凝、早强型注浆材料，同时也具备较强的可注性，较为适合巷道破碎围岩、采掘工作面注浆加固需要，性能主要表现为快凝、早强、高渗透性、结石率高等特性，凝结时间和胶结强度可调。水灰比使用0.8∶1，8h抗压强度和抗剪强度可达到12.9MPa、2.8MPa，结石率可达100%，浆液扩散半径为3～6m[16-17]。

图3 浅孔注浆钻孔布置图

4.2 南帮喷浆注浆

帮顶注浆加固前，必须对帮顶进行喷浆封闭，避免注浆浆液外流，影响注浆效果。喷射混凝土厚度100mm，喷浆强度C20，喷射混凝土时，喷层不得出现赤脚、穿裙、蜂窝等现象；喷射拌料必须严格按照比例配制，C20喷射混凝土配比，水泥∶黄砂∶石粉=1∶2∶2（重量比），水灰比为0.45，每立方米C20混凝土用量（kg/m3），水泥433kg，黄砂886kg，石子886kg；拌好的混凝土上喷浆机时，掺入速凝剂，掺和量为水泥重量的4%。

为减小施工量，南帮全部喷浆，顶板只喷一半范围。为了防止辅助运输巷北帮漏浆，对辅助运输巷北帮和一半顶板也要采取喷浆措施。在南帮施工注浆钻孔，布置上、下两排，“三花”布置，上排孔距离顶板1m，下排孔距离上排孔1m，两排孔均垂直于煤帮打设，两排钻孔间距均为6m，设计孔深12m，采用∅42mm 孔径。注浆材料使用单液，该材料3d 抗压强度可达26MPa，渗透半径5～8m。南帮采用锚索补强，长锚索对15m 煤柱对穿加固，锚索间排距设计为1.5m×1.5m。使用镇江长城注浆设备有限公司的ZBYSB40/22-7.5 型液压注浆泵，注浆压力0～22MPa，最大流量40L/min，在泵随注浆压力变化而自动调节排浆量时，能自动保持两种浆液的配比不变。与之配备的搅拌桶使用的是型号QB260的煤矿用气动式搅拌桶，该搅拌桶具有重量较轻、易于移动的、适用于经常变换地点的注浆施工的优点，注浆压力设置为8MPa 左右，注浆过程中应注意压力不可过大，防止破坏喷浆层，注浆量原则上注满为止，当达到注浆压力上限或者漏浆难以封堵时，停止注浆，根据经验单孔注浆量在80袋左右，如果平均注浆量远小于此值，应重新开孔注浆。南帮注浆钻孔布置如图4所示，锚索补强钻孔布置如图5所示。

图4 南帮注浆钻孔布置图

图5 锚索补强示意图

4.3 顶底板治理

对于顶板破碎区域，在周边10m范围喷浆，向顶板开孔注浆。钻孔采用深浅孔交替布置形式，浅孔每排3个钻孔，排距3m，钻孔深度3m，中间孔垂直于顶板，两侧钻孔与顶板夹角45°，钻孔直径为42mm；在两排浅孔之间进行深孔施工，排距3m，每排3 个钻孔，钻孔深度均为8m，与浅孔布置方式相同，钻孔直径为42mm。对于底板，如果现阶段能够满足使用，先不清底，等5304工作面回采完毕，先清底，在煤帮注浆时增加一排底角钻孔，底角钻孔与水平面夹角45°，孔深4m，孔径42mm，现场施工可根据原锚杆、锚索以及瓦斯抽放孔的施工情况局部调整位置，应尽量施工在空挡区域，且距锚索、瓦斯抽放孔有适当距离。顶底板钻孔布置分别如图6和图7所示。

图6 顶板钻孔布置示意图

图7 底板钻孔布置示意图

5 治理效果

治理结束后采用十字交叉法对七边形进行监测，注浆后原不稳定煤岩体在浆液的作用下形成稳定的整体，起到很好加固作用，巷道服务周期长，巷道返修频率低，巷道变形小，两帮以及顶底板位移量小，达到很好的稳固作用，有效降低了巷道维修工程以及成本。

6 结语

通过向煤岩体内部注浆形成的结石体，能够大大提高围岩的稳定性，其应力特征得到改变，两帮以及顶底板位移量小，改善了井下作业环境，确保巷道长期稳定安全，对于类似条件下的同类型巷道治理与施工提供参考。