崔豪桐

(山西長平煤業(yè)有限責任公司，山西 晉城 048000)

0 引言

長平礦主采3#煤層，煤層強度低，節(jié)理、裂隙發(fā)育，平均厚度為5.75 m。礦井目前往西部三、五、六盤區(qū)延伸，煤層蓋山厚度達到600 m以上。根據(jù)礦井通風、運輸需要，三、五盤區(qū)大巷沿煤層頂?shù)装暹M行掘進，巷寬5.6 m，巷高5.8 m，斷面尺寸32.48 m2，巷道斷面較大，大巷設(shè)計保護煤柱尺寸為30 m，巷道采用全錨索進行支護。受相鄰巷道掘進影響，加上巷道斷面大，兩幫為軟弱煤體，導致巷道開掘后兩幫就出現(xiàn)明顯位移[1-2]；而開掘時間已經(jīng)較長的巷道位移量更是迅速增大，不能滿足巷道的使用要求，需要進行擴刷幫處理，但由于巷道兩幫已經(jīng)產(chǎn)生了變形，幫部煤體內(nèi)部裂隙較發(fā)育，導致擴幫支護過程中錨索預(yù)緊力達不到設(shè)計要求。

1 巷道變形原因分析

巷道變形原因主要有以下3個方面[3-6]。①巷道圍巖穩(wěn)定性差，變形持續(xù)時間長；巷道開掘以后，一般1周內(nèi)在巷道表層形成小松動圈，1～3個月后在巷道深部形成大松動圈，使巷道煤壁煤體疏松破碎；②煤體與頂?shù)装逭辰Y(jié)力低，巷道頂幫交接處容易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性失穩(wěn)，頂幫交接段是變形管控的重點；煤體強度低，圍巖破碎膨脹后向外擠出，兩幫煤體軟弱，造成巷道圍巖抗變形能力較差；③巷道沿頂沿底掘進，巷道高度大，巷道支護承載結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差，更容易產(chǎn)生兩幫臌出變形，不利于煤幫的穩(wěn)定；加之煤體結(jié)構(gòu)破壞后煤體錨固力低，支護高強度和高剛度難以實現(xiàn)，巷道掘進后即容易發(fā)生兩幫臌出的現(xiàn)象，進而對巷道頂板的失穩(wěn)也埋下隱患。

2 注漿加固方案

注漿加固采用“一巷一策、一段一策、一區(qū)域一策”的主導原則[7-9]，根據(jù)大巷圍巖變形情況、掘進時間分段進行分析，選擇適合巷道所屬區(qū)段的注漿施工方案。

2.1 注漿加固施工順序

初掘及變形小的巷道：按照先進行淺部堵漏注漿、再進行深孔注漿加固的方式進行。即：先在巷道表面噴漿做止?jié){層，再施工淺孔注漿初注封堵圍巖外部裂隙，最后進行深孔復注加固圍巖。注漿時要由下到上進行，先進行巷幫下部鉆孔注漿，然后進行巷幫中上部鉆孔注漿。深孔注漿在淺孔注漿完成3 d后進行。

變形大需擴幫巷道：擴幫維護前只進行淺孔注漿，擴幫噴漿后再進行二次復注。即：淺孔注漿增大外部圍巖承載能力→煤壁擴幫→錨索、網(wǎng)支護→噴漿支護→淺孔注漿→深孔注漿加固圍巖。

2.2 注漿鉆孔布置參數(shù)及施工順序

在大巷巷幫施工注漿鉆孔，深、淺孔間隔布置，淺孔與淺孔之間排距4 000 mm，深孔與深孔排距4 000 mm，深孔與淺孔排距2 000 mm；鉆孔每排布置3個，間距1 700 mm，最上一個鉆孔距頂板1 100 mm，最下一個鉆孔距底板1 300 mm；注漿孔巷幫靠近頂板的注漿孔上仰角度為10°，以使其能更好對頂幫交接段的圍巖進行加固控制，巷幫其余鉆孔與巷幫垂直；鉆孔孔徑42 mm，淺孔孔深6 m，深孔孔深8 m。鉆孔布置參數(shù)如圖1所示。

圖1 巷幫注漿鉆孔布置圖

為杜絕注漿過程中漿液從臨近的注漿孔流出，造成臨近注漿孔堵塞作廢和漿液流失，現(xiàn)場采用分段大循環(huán)注漿方式，即注漿孔施工間隔距離不得小于20 m。

2.3 注漿方式及封孔

鉆孔完成后，采用埋孔口注漿管進行注漿，孔內(nèi)下射漿管，全長一次注漿施工。注漿管和射漿管均采用φ22 mm的無縫鋼管制作，鋼管壁厚3 mm，每根長度2 000 mm，使用連接套進行連接，射漿管上打射漿孔，孔間距不大于200 mm。注漿封孔深度為600～1 000 mm。實施時可以根據(jù)漏漿情況進行調(diào)整，如漏漿較輕時可以減少封孔長度，較大時可以適當增加封孔長度。封孔段采用麻繩纏繞在鋼管上，纏好后在水里將麻繩沾濕，以使麻繩能在孔內(nèi)迅速膨脹；同時在孔口段鋼管上纏繞棉紗，蘸上注漿料，將孔口棉紗背緊背實。

2.4 注漿材料

注漿采用P·O52.5級硅酸鹽水泥及水玻璃混合注漿加固?，F(xiàn)場采用漿液攪拌桶攪拌配制，先按水∶水泥=1∶0.6～1∶1的比例將清水加入拌料桶內(nèi)，再按比例加入水泥，水泥要粗篩去除雜質(zhì)，放在攪拌容器內(nèi)，混合攪拌均勻，然后開始注漿。水泥漿和水玻璃的體積比1∶0.4～1∶1，具體配比可在施工過程中根據(jù)巷道的漏漿情況進行調(diào)節(jié)。

2.5 注漿壓力

注漿壓力和擴散半徑是一對相輔相成的參數(shù)，相互之間呈正比關(guān)系[10-11]。為保證漿液的擴散半徑，淺孔注漿時，注漿泵壓力需達到3 MPa；深孔注漿時，注漿泵壓力需達到8 MPa。淺孔注漿時采用低壓低流緩慢注漿工藝，以便形成巷幫淺部完整止?jié){層，當漏漿嚴重時，應(yīng)適當降低注漿壓力；深孔注漿過程中，如果壓力持續(xù)低于5 MPa，要停止注漿，尋找漏漿點，并采用棉紗堵漏，堵漏后再繼續(xù)復注。漏漿嚴重導致停注的區(qū)域要補打注漿孔。

3 施工效果分析

為了分析巷幫注漿加固效果，采用鉆孔取芯和鉆孔窺視的方式對注漿加固效果進行考察。

3.1 鉆孔取芯

對注漿的煤幫進行鉆孔取芯，查看水泥漿充填效果，查看水泥粘結(jié)的裂隙強度情況，確定水泥漿液的合理配比，保證注漿效果的最大化，如圖2所示。從取芯情況看，水泥漿液可以將其擴散半徑內(nèi)的煤體的縫隙基本充填完全；煤芯中一些細小的裂隙內(nèi)也能發(fā)現(xiàn)已經(jīng)風干的水泥漿。從圖2(a)可見，水泥漿液將破碎的煤體粘結(jié)成塊，取芯的切割面過度平滑，水泥漿液粘結(jié)牢固。

圖2 鉆孔取芯圖

3.2 鉆孔窺視

采用鉆孔窺視的方法對注漿加固后漿液充填裂隙情況進行觀察，如圖3所示。從窺視孔內(nèi)可以看到明顯的白色水泥漿液痕跡，痕跡順著孔內(nèi)的裂隙不規(guī)則分布，將煤幫內(nèi)的裂隙全部充填粘結(jié)，提高了煤幫的整體強度，有效縮短了松動圈的延伸范圍，從而提高了煤幫的抗變形能力。由于淺孔注漿位于松動圈內(nèi)，裂隙十分發(fā)育，因此可以看到十分明顯的充填痕跡，且水泥漿液擴散區(qū)域大約在孔底前后1～1.5 m的范圍內(nèi)；深孔注漿正好處于煤幫的塑性區(qū)，比較于淺孔裂隙發(fā)育少，煤幫整體性強，因此漿液痕跡相對較少，充填區(qū)域成“細條狀”，其擴散范圍大約為0.5～1 m。采用8 m和6 m的深淺孔注漿可以使巷幫煤體內(nèi)形成完整連續(xù)的注漿加固區(qū)。

a-3.5 m；b-5 m；c-8.5 m圖3 鉆孔窺視圖

4 結(jié)語

注漿加固是改善圍巖結(jié)構(gòu)，提高圍巖整體性，從而提高圍巖承載能力的重要技術(shù)手段。通過對松軟煤層盤區(qū)大巷圍巖變形原因的分析，結(jié)合巷道掘進時間和圍巖變形情況，從不同變形巷道注漿加固施工順序、鉆孔布置參數(shù)、注漿和封孔方式及注漿壓力等方面形成一套完整的巷道注漿加固方案，實現(xiàn)了圍巖裂隙的有效充填，提高了巷道圍巖的自承載能力和圍巖的抗擾動變形能力。