何天龍

（西山煤電晉興能源有限公司斜溝煤礦，山西 興縣 033602）

隨著工作面采深、采高的逐步增加，礦山壓力顯現(xiàn)越來越明顯，使得復(fù)用巷道的留設(shè)成為難題[1-4]。隨著后期開采活動的影響，復(fù)用巷道兩側(cè)的圍巖松動圈范圍逐步擴大，致使煤巖體的整體性下降，圍巖體離散程度加大，巷道支護(hù)效果降低，巷道整體變形進(jìn)一步加劇[5]。二次采動影響下的巷道，支護(hù)難度大，整體性差，注漿加固成為有效地提高巷道圍巖的整體性、控制巷道變形的有效方法。斜溝煤礦18503工作面復(fù)用巷道采用超前注漿與滯后注漿的二次注漿加固技術(shù)，通過現(xiàn)場的前期調(diào)研和力學(xué)性能試驗，初步確定現(xiàn)場的具體注漿參數(shù)，并結(jié)合數(shù)值模擬和后期的工藝性試驗，進(jìn)一步驗證該技術(shù)對控制復(fù)用巷道的大變形有較大的幫助。

1 現(xiàn)場礦壓規(guī)律分析

復(fù)用巷道在采動影響下，其時間和空間上與采煤工作面有明顯的分區(qū)特點。就工作面前方的支承壓力而言，通過在受采動影響的煤體中埋設(shè)的鉆孔應(yīng)變計和觀測工作面影響區(qū)單體柱的壓力變化，可以將工作面支承壓力劃分為三個區(qū)，如圖1。

圖1 工作面支承壓力分布規(guī)律

2 復(fù)用巷道注漿時機

注漿過早的話，由于煤體自身結(jié)構(gòu)完整，會使得整體注漿效果不明顯；但如果注漿時間過晚，由于煤體在復(fù)合壓力作用下破碎嚴(yán)重，這種情況下會使得注漿液消耗量大，造成材料不必要的浪費。

根據(jù)現(xiàn)場對支承壓力的監(jiān)測，選擇壓力值達(dá)到峰值時開始注漿。就二次注漿而言，根據(jù)現(xiàn)場工作面推進(jìn)情況，選擇滯后支承壓力對復(fù)用巷道產(chǎn)生影響時開始注漿。

前期超前注漿會使得煤體整體性高，煤體具有一定的強度。滯后二次注漿選擇在滯后工作面處，因為在支承壓力作用下，該處巷道兩幫裂隙發(fā)育充分，有利于漿液在煤巖體中的擴散，能夠較大程度上提高煤巖體的整體強度。

3 復(fù)用巷道二次注漿工藝參數(shù)

3.1 二次注漿壓力

注漿壓力的大小影響著注漿液在巷道煤巖體中的擴散范圍和擴散速度，注漿壓力的選取直接影響著復(fù)用巷道注漿加固的效果，而注漿壓力的選取又取決于巷道周邊煤巖體的力學(xué)性能、注漿液的性質(zhì)及所要求的漿液擴散半徑。

注漿壓力可按照經(jīng)驗公式（1）求得：

式中：

?-注漿過程中的壓力系數(shù)，MPa/m，當(dāng)注漿地點埋深小于250m時，?=0.022～0.020；注漿地點埋深為250～350m時，?=0.020～0.018；注漿地點埋深為350～450m時，?=0.018～0.016；

RD-有效注漿長度，即復(fù)用巷道兩幫圍巖松動圈半徑，m。

根據(jù)前期對斜溝煤礦18503工作面復(fù)用巷道的調(diào)研，可知：注漿地點的埋深為375m，?可取0.18；而巷道兩幫的圍巖松動圈半徑為2.3m，因此可以得出適合該復(fù)用巷道的注漿壓力PD為0.414MPa。

3.2 二次注漿量

考慮到注漿量會受復(fù)用巷道兩幫圍巖的裂隙發(fā)育、松動圈范圍及圍巖巖性的影響，其注漿量可采用式（2）進(jìn)行計算：

式中：

Q-二次注漿量，m3；

r-二次注漿的有效擴散半徑，m；

n-巷道兩幫圍巖體的孔隙率，取0.85；

L-二次注漿鉆孔的整體長度，m；

α-二次注漿充填系數(shù)，取0.70；

β-二次注漿壓力衰減系數(shù)，取1.25。

根據(jù)巷道圍巖松動圈范圍，二次注漿的有效擴散半徑為2.5m，而二次注漿鉆孔的整體長度為3.0m，計算得出其注漿量Q為43.79m3。

3.3 二次注漿有效半徑

二次漿液在巷道兩幫煤巖體裂隙中的擴散是極為不規(guī)則的，隨著煤巖體自身的滲透系數(shù)、裂隙發(fā)育寬度、二次注漿壓力、二次注漿時間的增加而逐漸增大，隨著二次漿液的濃度和二次注漿液的黏度的增加而注漿減小。因此，現(xiàn)場通常以調(diào)節(jié)注漿液的二次注漿壓力、注漿量及注漿濃度等參數(shù)來控制注漿液在煤巖體中的擴散范圍。

根據(jù)以往的注漿經(jīng)驗，推導(dǎo)得出適合于二次注漿的公式（3）：

式中：

γ-煤巖體的容重，kg/m3；

h-注漿地點的埋深，m；

σc-復(fù)用巷道兩幫煤巖體的平均抗壓強度，MPa；

H-復(fù)用巷道的巷高，m。

由式（3）可以得出二次注漿有效半徑為2.46m。

3.4 二次注漿鉆孔布置方式

二次注漿鉆孔孔深根據(jù)巷道兩幫圍巖體的松動圈范圍而定，孔間距的選擇根據(jù)注漿液的有效擴散半徑而定，因此其孔間距應(yīng)為二次注漿有效半徑的1.65～1.75倍之間，具體根據(jù)現(xiàn)場施工情況而定。

4 復(fù)用巷道二次注漿效果分析

根據(jù)對斜溝煤礦18503工作面的前期調(diào)研，運用FLAC3D進(jìn)行有限元模擬，通過對斜溝煤礦18503工作面復(fù)用巷道進(jìn)行二次注漿模擬，分析二次注漿前后巷道兩幫圍巖體的力學(xué)特性和位移變化情況。

（1）煤巖體力學(xué)參數(shù)

根據(jù)對斜溝煤礦18503工作面注漿前的取樣巖芯與注漿后的取樣巖芯分別進(jìn)行實驗室力學(xué)性能測試，得出斜溝煤礦18503工作面二次注漿前后煤巖體的力學(xué)參數(shù)，如表1所示。

（2）二次注漿前后模擬分析

由圖2模擬數(shù)據(jù)分析得出：二次注漿加固后，巷道兩幫的應(yīng)力峰值較二次注漿前降低了12%，由應(yīng)力變化云圖可以明顯看出，二次注漿加固后的巷道應(yīng)力集中現(xiàn)象得到了很大程度的降低，間接地證明二次注漿加固能夠提高破碎圍巖體的整體性，改善應(yīng)力集中現(xiàn)象。

由圖3模擬數(shù)據(jù)分析得出：二次注漿加固后，巷道的最大垂直位移從931mm降低至395mm，相對于二次注漿前減少了58%之多。

由圖4模擬數(shù)據(jù)分析得出：二次注漿加固后，巷道的最大水平位移從774mm降低至272mm，相對于二次注漿前減少了66%。

表1 二次注漿前后煤巖體力學(xué)參數(shù)

5 結(jié)論

（1）根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研與理論分析，確定復(fù)用巷道在超前支承壓力達(dá)到峰值的位置進(jìn)行一次注漿加固，并于滯后采煤工作面的變形速度最大處進(jìn)行二次注漿。

（2）經(jīng)過現(xiàn)場工程試驗，在復(fù)用巷道水平位移方面：二次注漿加固后相對于二次注漿前減少503mm的移近量；在復(fù)用巷道垂直位移方面：二次注漿加固后相對于二次注漿前減少537mm的移近量，基本滿足現(xiàn)場要求，也進(jìn)一步驗證了數(shù)值模擬的正確性。

圖2 二次注漿前后巷道應(yīng)力變化云圖

圖3 二次注漿前后巷道垂直位移變化云圖

圖4 二次注漿前后巷道水平位移變化云圖