王 偉

（山西晉煤集團(tuán)沁秀公司岳城煤礦，山西 晉城 048006）

斷層、陷落柱等地質(zhì)異?，F(xiàn)象逐漸成為影響礦井采掘銜接的主要因素之一，在采掘過程中，往往存在多種地質(zhì)異常并存現(xiàn)象，非常有必要對(duì)這些復(fù)雜地質(zhì)因素進(jìn)行超前處理，通過補(bǔ)強(qiáng)、注漿、防風(fēng)化[1]等方式提高頂?shù)装鍑鷰r整體塑性，保證安全。以岳城煤礦1307 工作面為例，回采時(shí)對(duì)DX214 陷落柱前后進(jìn)行了注漿補(bǔ)強(qiáng)，有效遏制了巷道圍巖的進(jìn)一步變形。

1 概況

岳城煤礦1307 工作面為該礦西翼第三個(gè)工作面。該工作面長度756m，可采長度708m，煤層的平均厚度為4.66m，采高3m，煤層傾角1～9°，工作面主要構(gòu)造為陷落柱和正斷層。其工作面位置如圖1 所示。

圖1 1307 工作面及DX214 陷落柱位置圖

1307 工作面的390m 處物探報(bào)告分析存在陷落柱DX214，長軸約72m，短軸約65m，陷落柱影響巷道前方至少100m 范圍。回采巷道掘進(jìn)過程中需要對(duì)陷落柱區(qū)域進(jìn)行預(yù)先處理。

2 注漿方案

2.1 參數(shù)設(shè)計(jì)

2.1.1 注漿壓力

注漿壓力作為注漿工程中重要的設(shè)計(jì)參數(shù)之一，主導(dǎo)了漿液在破碎巖體中的充填、擴(kuò)散以及壓密整個(gè)過程，對(duì)注漿質(zhì)量的提高以及注漿作業(yè)效率提升有著較大影響。注漿壓力選取主要與地層巖性、水文地質(zhì)條件、注漿材料性質(zhì)等因素有關(guān)。

（1）若注漿區(qū)域有較大涌水，按照現(xiàn)場靜水壓力計(jì)算，初始注漿壓力必須高于此位置的靜水壓力，一般為靜水壓力的2～3 倍，最大可達(dá)3～5 倍[2]。

表1 壓力系數(shù)與深度對(duì)應(yīng)關(guān)系表

岳城礦3#煤層埋深大于500m，注漿壓力系數(shù)K值取0.017，根據(jù)注漿地層深度計(jì)算的最低設(shè)計(jì)注漿壓力為8MPa，加之注漿過程因?yàn)檎扯茸兓推渌蛩氐淖饔枚斐勺{壓力的損失，最終注漿壓力選取10～15MPa。

2.1.2 注漿速度

礦井地層巖體的孔隙率與注漿設(shè)備參數(shù)是注漿速度選取的關(guān)鍵，根據(jù)工業(yè)試驗(yàn)場地1307 工作面DX214 陷落柱的巖性及實(shí)際地質(zhì)條件，設(shè)計(jì)注漿速度范圍為10～30L/min。

2.1.3 單孔注漿量

（1）漿液擴(kuò)散半徑的選取

如圖2 為注漿壓力、水灰比漿液擴(kuò)散半徑之間的關(guān)系，此圖所反映出的函數(shù)關(guān)系為雙液漿現(xiàn)場注漿工程經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。其中雙液漿正常水灰比為0.8:1，因此取最低值3m 為漿液擴(kuò)散半徑。

圖2 注漿壓力、水灰比漿液擴(kuò)散半徑關(guān)系圖

（2）單孔注漿量計(jì)算[3]

此處R取3m 即可。將各參數(shù)代入式中，得出單孔注漿量Q為6m3。

隨著前期注漿的飽和，后期鉆孔注漿量會(huì)逐漸減少。同時(shí)每孔的實(shí)際注漿量需根據(jù)注漿壓力來確定，現(xiàn)場施工時(shí)需要嚴(yán)格控制注漿壓力，當(dāng)注漿出現(xiàn)較大程度的跑漿時(shí)，立即停止注漿。

2.1.4 注漿孔設(shè)計(jì)

超前預(yù)注漿加固巷道頂板采用拱形布孔，形成拱形殼體圍巖結(jié)構(gòu)，頂板、兩幫及底板鉆孔離巷道輪廓線均為0.5m。具體鉆孔布置如圖3 所示。

圖3 超前注漿加固鉆孔布置

如圖3，1～5#注漿孔注漿加固后形成頂板圓弧拱形殼體，在一定程度上隔離了深部圍巖應(yīng)力的傳播，同時(shí)也保持巷道周圍淺部煤巖體的穩(wěn)定與巷道斷面的成形，保障巷道圍巖頂板的穩(wěn)定性；7#注漿孔注漿用于控制施工過程中巷道迎頭的穩(wěn)定性，確保巷道迎頭施工的安全性；6#、8#鉆孔注漿控制巷道開挖后兩幫巖體穩(wěn)定的穩(wěn)定性，抵抗巷道腰部高應(yīng)力值產(chǎn)生的彈塑性破壞；9#～11#鉆孔注漿主要用于控制巷道底板的穩(wěn)定性，防止高應(yīng)力集中致使底鼓量無限制增大；兩個(gè)檢查孔用于鉆孔取芯，觀測漿脈發(fā)展情況，確定注漿效果，陷落柱中有水時(shí)從檢查孔可得知注漿堵水效果，因此其檢查孔主要用于注漿效果評(píng)價(jià)。

2.2 加固工藝

2.2.1 注漿原則

為了達(dá)到較為理想的注漿效果，超前深孔注漿的順序堅(jiān)持先遠(yuǎn)后近、先外后內(nèi)的原則，漿液濃度堅(jiān)持先稀后濃的原則；柱體內(nèi)有水時(shí)，應(yīng)先注無水區(qū)域，后注涌水區(qū)域；注漿順序靠后的鉆孔可作為檢查孔。

2.2.2 注漿水灰比

（1）聯(lián)邦雙液注漿材料

本次工程注漿加固確定采用的注漿材料為聯(lián)邦雙液注漿材料，聯(lián)邦加固Ⅰ、Ⅱ號(hào)注漿材料在混合之前，稀釋6h 內(nèi)漿液不發(fā)生變性，兩種漿液混合后凝固時(shí)間為3～10min，凝固后1～8h 內(nèi)漿液巖體強(qiáng)度可達(dá)到8～15MPa 以上，可用于采煤工作面、掘進(jìn)工作面圍巖強(qiáng)度要求較高的場所，尤其是煤巖體表面淺層區(qū)域的注漿加固。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，雙液注漿材料的正常注漿水灰比為0.8:1，注漿過程中漏漿嚴(yán)重時(shí)可適當(dāng)降低漿液水灰比，最低控制在0.7:1，注漿封孔水灰比為0.7:1。

（2）聯(lián)邦單液注漿材料

聯(lián)邦單液注漿材料注漿加固24h 后漿液巖體強(qiáng)度可達(dá)25MPa 以上，3d 后漿液巖體抗壓強(qiáng)度可達(dá)35MPa 以上，最終抗壓強(qiáng)度可達(dá)50MPa 以上，單液注漿材料正常注漿設(shè)計(jì)水灰比為0.6:1。

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，陷落柱破碎帶無明顯涌水、滲水、無漏漿嚴(yán)重等現(xiàn)象時(shí)選用雙液注漿材料，若存在異常充水構(gòu)造帶，選用單液注漿材料。

2.2.3 注漿工藝

由于1307 工作面DX214 陷落柱對(duì)13071、13072 巷的影響長度達(dá)到100m，一次性超前注漿很難實(shí)現(xiàn)，而且施工周期長，注漿效果及施工質(zhì)量都將受到極大影響，基于現(xiàn)場實(shí)際情況，選用分段前進(jìn)式超前注漿施工工藝。分段前進(jìn)式深孔超前注漿是鉆、注交替作業(yè)的一種注漿方式，按照設(shè)計(jì)要求，每循環(huán)加固長度為20m，后續(xù)注漿段均預(yù)留2m 注漿巖層，用來保障鉆孔的施工安全。其施工方式如圖4 所示。

圖4 超前注漿施工剖面圖

2.3 封孔方式

超前預(yù)注漿加固施工中，每個(gè)鉆孔施工完成后進(jìn)行插管作業(yè)，內(nèi)側(cè)為PVC 管（直徑30mm），外側(cè)為6 分注漿鋼管。其中注漿鋼管的內(nèi)側(cè)和孔口兩根表面焊接鐵絲，且內(nèi)側(cè)鋼管一端需要打?qū)Υ┛祝阌谂cPVC 管連接，另外，內(nèi)側(cè)PVC 管打?qū)Υ┥錆{孔。在焊鐵絲鋼管上纏繞棉紗，并向中部空間注聯(lián)邦雙液材料進(jìn)行封孔，封孔采用聯(lián)邦雙液注漿材料進(jìn)行，封孔長度可根據(jù)現(xiàn)場條件在2 ～5m 之間進(jìn)行調(diào)節(jié)，初步確定封孔長度為3m。封孔示意圖如圖5 所示。

圖5 注漿孔封孔示意圖

2.4 補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)

根據(jù)現(xiàn)場原支護(hù)經(jīng)驗(yàn)，在陷落柱DX214 前后采用錨網(wǎng)帶補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，巷道頂板錨桿間距縮小至0.9m，排距為1m，巷道兩幫錨桿間距1.1m，排距為1m。

過陷落柱期間采用架棚支護(hù)，其支護(hù)參數(shù)如表2 所示。

表2 架棚支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)

架棚施工要求：柱窩深度為200mm（誤差為±50mm），柱窩棚腿距幫不大于450mm，棚腿扎角350～450mm（1m 扎角不小于120mm，允許偏差±17mm，控制在350～450mm 之間）)。

3 效果評(píng)價(jià)及結(jié)論

工作面回采期間，在陷落柱內(nèi)建立測站，分別選取1#、2#、3#錨桿和1#、2#錨索，對(duì)過陷落柱前后巷道變形量和支護(hù)體受力情況進(jìn)行了監(jiān)測，得其數(shù)據(jù)監(jiān)測曲線如圖6 所示。

由圖6 可知，工作面回采過陷落柱期間，巷道頂、底板移近量最大值為280mm，兩幫收斂量最大值為400mm，錨桿最大受力178kN，錨索最大受力409kN，均符合工作面設(shè)計(jì)要求，說明通過超前預(yù)注漿+架棚補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)方式，能夠有效控制圍巖的整體塑性，保證快速通過陷落柱構(gòu)造區(qū)域。

圖6 回采期間監(jiān)測曲線