張安慎

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究有限公司，山西 太原 030006）

綜采工作面回撤通道主要用于工作面結(jié)采后設(shè)備回撤，回撤通道斷面大小、支護(hù)質(zhì)量、巷道成型對(duì)后期工作面安全高效回撤起著重要作用。但是，由于回撤通道主要布置在工作面結(jié)采后超前應(yīng)力區(qū)內(nèi)，回撤通道在施工過(guò)程中受其他應(yīng)力影響很容易發(fā)生圍巖機(jī)理性破壞，表現(xiàn)為煤壁片幫、頂板破碎等。對(duì)于回撤通道煤壁片幫，傳統(tǒng)主要采用錨桿支護(hù)方式，但在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，片幫煤壁裂隙高度發(fā)育，錨桿支護(hù)后對(duì)大面積煤壁無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效支護(hù)。本文以沙坪煤礦1815 回撤通道施工期間煤壁片幫為背景，提出注漿加固技術(shù)。

1 概況

沙坪煤礦1815 回撤通設(shè)計(jì)長(zhǎng)度240 m，巷道斷面規(guī)格為寬×高=4.5 m×4.2 m，巷道掘進(jìn)煤層為8#下煤層，煤層厚度4.5～5.1 m，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定夾矸1 層，處于煤層中下部，巖性白色泥巖，厚度0.10～0.20 m。煤層穩(wěn)定，內(nèi)生裂隙較為發(fā)育。8#下煤層直接頂為泥巖，基本頂為砂質(zhì)泥巖。

1815 回撤通上覆對(duì)應(yīng)為18205 和18207 采空區(qū)，考慮到地面影響和盡量多回收煤炭資源，回撤通道計(jì)劃布置在18207 采空區(qū)和18206 采空區(qū)之間的煤柱下方。煤柱最寬處88 m，最窄處68 m。

1815 回撤通道頂板采用JW 型鋼帶、左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿、單錨索聯(lián)合支護(hù)。錨桿長(zhǎng)2.5 m，每排5 根，錨桿排間距1.0 m，巷幫采用單錨桿支護(hù)，錨桿長(zhǎng)度為2.0 m，排間距為1.0 m。回撤通道采用綜掘工藝，已掘進(jìn)92 m。工作面在回采過(guò)程中，回撤通道兩幫煤壁出現(xiàn)局部破碎現(xiàn)象，當(dāng)巷道掘進(jìn)至68 m 處時(shí)煤壁出現(xiàn)大面積片幫現(xiàn)象，最大片幫深度達(dá)1.6 m，片幫高度達(dá)2.0 m，大大降低了回撤通道成型率，影響著后期工作面安全高效回撤。

2 回撤通道片幫及支護(hù)技術(shù)難題

2.1 片幫機(jī)理

（1）集中應(yīng)力影響。1815 回撤通道頂板上覆17 m 為18207 采空區(qū)、18206 采空區(qū)，受采空區(qū)殘余應(yīng)力、巷道掘進(jìn)應(yīng)力以及工作面超前應(yīng)力疊加影響，回撤通道圍巖破壞嚴(yán)重?；爻吠ǖ纼蓭椭饕獮楹瑠A矸的8#下煤層，力學(xué)性能降低，在集中應(yīng)力作用下煤體內(nèi)部裂隙發(fā)育，破壞了煤體整體穩(wěn)定性，導(dǎo)致片幫現(xiàn)象。

（2）頂板穩(wěn)定性差。1815 回撤通道直接頂主要以泥巖（炭質(zhì)泥巖）為主，基本頂主要以砂質(zhì)泥巖為主，直接頂巖體單軸抗壓強(qiáng)度不足30 MPa。在上覆采空區(qū)殘余應(yīng)力垂直破壞作用下，巖體出現(xiàn)斷裂、離層、破碎等現(xiàn)象，頂板支撐強(qiáng)度降低，導(dǎo)致垂直應(yīng)力頂板裂隙傳遞至巷幫煤柱上，對(duì)煤柱產(chǎn)生剪切破壞作用，導(dǎo)致煤壁片幫。

2.2 片幫煤壁支護(hù)技術(shù)難題

1815 回撤通道片幫煤體整體穩(wěn)定性極差，破碎煤體單軸抗壓強(qiáng)度不足20 MPa，煤體破碎后在煤體內(nèi)部形成應(yīng)力破壞松動(dòng)圈，隨著應(yīng)力持續(xù)作用，應(yīng)力松動(dòng)圈范圍不斷擴(kuò)大。通過(guò)施工窺視孔發(fā)現(xiàn)，嚴(yán)重片幫區(qū)域煤體松動(dòng)圈深度達(dá)3.0 m，而原支護(hù)設(shè)計(jì)中巷幫錨桿長(zhǎng)度為2.0 m，錨桿錨固端位于松動(dòng)圈內(nèi)部，錨固劑對(duì)錨桿錨固效果差，錨桿失效現(xiàn)象嚴(yán)重。

3 注漿加固技術(shù)應(yīng)用

3.1 注漿材料

（1）1815 回撤通道片幫煤壁注漿施工時(shí)主要采用水泥-水玻璃混合單液漿作為注漿材料，其中水泥漿主要采用525#普通硅酸鹽水泥制成，水灰比為0.8:1，具體根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況對(duì)水灰比進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。水玻璃濃度為38～42Be’，模數(shù)M=2.8～3.2，水玻璃用量為水泥重量的2%～4%。

（2）在進(jìn)行注漿材料調(diào)配時(shí)，先制作水泥漿，待水泥漿充分?jǐn)嚢杈鶆蚝螅_(kāi)始注漿前再添加水玻璃，二次攪拌后再進(jìn)行壓注。在注漿期間應(yīng)采用電動(dòng)攪拌機(jī)不停對(duì)注漿材料進(jìn)行攪拌，防止?jié){液沉淀。

3.2 注漿設(shè)備

采用2ZBQ45/12 型系列氣動(dòng)注漿泵注漿，注漿泵額定供氣壓力0.5 MPa，注漿壓力0～12 MPa，最大注漿流量為45 L/min。該型號(hào)注漿泵配套兩個(gè)QB260 煤礦用氣動(dòng)式攪拌桶。

3.3 注漿施工工藝

3.3.1 注漿鉆孔布置參數(shù)

1815 回撤通道片幫煤壁共計(jì)施工兩排注漿鉆孔，鉆孔排距為1.1 m，鉆孔間距為5.0 m，采用Ф42 mm 鉆頭打孔，一次成孔，孔深為6 m。第一排鉆孔距頂板間距為0.5 m，鉆孔水平角為0°，仰角為6°；第二排鉆孔距頂板間距為1.6 m，水平角、仰角為0°。1815 回撤通道片幫煤壁注漿鉆孔平剖面布置示意圖如圖1。

圖1 1815 回撤通道片幫煤壁注漿鉆孔平剖面布置示意圖

3.3.2 鉆孔施工工藝

（1）注漿鉆孔施工完后，在鉆孔內(nèi)安裝插管，插管主要由射漿管、封孔管、直接頭等部分組成。插管總長(zhǎng)為4.0 m，其中射漿管、封孔管長(zhǎng)度為2.0 m。射漿管上均勻焊制若干個(gè)直徑為12 mm 注漿孔，如圖2。封孔管端頭部管體點(diǎn)焊有鐵絲，便于封孔纏棉紗需要。

圖2 注漿鉆孔封孔工藝平面示意圖

（2）注漿鉆孔設(shè)計(jì)封孔長(zhǎng)度1.5 m，封孔可選用囊袋式A、B 料聚氨酯化學(xué)漿（瓦斯抽放封孔用）或注入水泥砂漿，封孔長(zhǎng)度段漿體凝固達(dá)到一定強(qiáng)度后（化學(xué)漿約45 min 后，水泥砂漿約2 d），即可進(jìn)行注漿施工。

（3）在注漿施工時(shí)必須控制好注漿壓力，確保注漿液能夠克服裂隙阻力滲透至圍巖裂隙中。在實(shí)際注漿施工中觀察發(fā)現(xiàn)，若注漿壓力過(guò)小時(shí)注漿阻力大，漿液無(wú)法完全滲透裂隙帶內(nèi)，注漿范圍?。蝗糇{壓力過(guò)大時(shí)漿液對(duì)裂隙產(chǎn)生二次致裂破壞作用。所以根據(jù)15815 回撤通道煤壁片幫破碎情況，決定注漿壓力控制在0.5～1.0 MPa 范圍內(nèi)。

4 結(jié) 語(yǔ)

1815 回撤通道于2020 年3 月27 日施工到位，通道每幫共計(jì)施工58 個(gè)注漿鉆孔，對(duì)通道兩幫采取注漿加固后，巷幫煤壁片幫現(xiàn)象得到有效控制，取得顯著應(yīng)用成效。

（1）控制了圍巖松動(dòng)圈。通過(guò)對(duì)回撤通道片幫煤壁采取注漿加固，對(duì)煤體內(nèi)裂隙進(jìn)行充分粘接、填充，提高了煤體整體穩(wěn)定性，阻止了煤體裂隙擴(kuò)張延伸，控制了圍巖松動(dòng)圈范圍擴(kuò)大，有效防止了裂隙煤體應(yīng)力釋放時(shí)導(dǎo)致兩幫煤體移近、破碎現(xiàn)象。

（2）提高了錨桿支護(hù)強(qiáng)度。對(duì)1815 回撤通道兩幫煤體采取注漿加固后，提高了破碎煤體膠結(jié)強(qiáng)度，錨桿在注漿加固后的煤體內(nèi)錨固效果得到有效提高。通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)，注漿后煤壁采用錨桿支護(hù)時(shí)錨桿失效率降低了7%。

（3）降低了煤壁剪切應(yīng)力破壞作用。通過(guò)對(duì)注漿后煤體進(jìn)行軸向壓力試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，注漿后煤體單軸抗壓強(qiáng)度提高至45 MPa，增加了煤柱整體支撐強(qiáng)度，削弱了頂板垂直應(yīng)力對(duì)煤柱剪切破壞作用，減少了煤柱片幫現(xiàn)象，注漿后1815 回撤通道兩幫煤體最大片幫深度控制在0.5 m 以下，片幫高度控制在0.7 m 以下。