注浆方法加固煤层采区巷道施工

　　摘　要　以末煤矿九采区3920提料斜巷及联络巷为例，分析论述了采区巷道变形破坏的原因及注浆法加固巷道围岩的机理，介绍了注浆法加固围岩的施工工艺，并针对注浆法加固巷道围岩存在的问题提出了改进方法。

　　关键词　注浆加固围岩　变形破坏　采区巷道

1　注浆法加固围岩机理及必要性

　　注浆法加固围岩，就是针对采场及巷道内裂隙较为发育而难以维护的破碎顶板及帮部，在顶板来压前预先向裂隙内注入固化材料，以改善围岩的力学性能，提高岩体自身的强度，从而改善巷道的维护状况。

　　九采区有一条东西方向的张性背斜轴，由于它的影响，造成九采区煤体节理相当发育，而3920提料斜巷正布置在梁王背斜轴的南翼最低处。由于3920提料斜巷揭穿5煤层（厚2.2m）及3煤层（厚3.0m），5煤层与3煤层层间距在1.8m左右，岩性为灰黑色泥岩较破碎，3煤层顶板为火成岩且有少量凝结水，又因上部（-80～-220）工作面采动的影响，该巷道揭煤前采用先架棚后喷浆双重支护，由于在5煤层施工联络巷，在拨门处前后10m的巷道，有喷层大部分出现了裂纹，且发生不同程度的变形。造成巷道变形的原因主要有两方面：（1）由于采动的影响，巷道压力增加；（2）由于煤体本身节理极发育，煤体的裂隙多，在采动影响下，裂隙继续扩展，松动圈扩大，造成巷道围岩自身承载能力降低。（3）由于5煤层与3煤层层间距小，岩性破碎，3煤层顶板有少量凝结水。　　因此，支护在顶板来压时，喷层破裂、脱落，顶板下沉，甚至连架设U型钢段的棚体都产生严重变形。

　　对于破坏严重的巷道，传统的方法只能是加密U型钢支护，这样做不但消耗大量的人力、物力，而且效果也不好。经过分析论证，并结合已有的软岩支护技术成果，认为通过向支护体注入具有固化作用的浆液提高围岩的整体性，进而提高围岩自身的承载能力，可达到减轻巷道破坏程度的目的。

2　注浆材料的选择

　　目前国内外主要采用高水速凝材料为固化材料，它具有可泵、速凝、早强等固化材料所需的特性。水泥浆、水玻璃的混合物不仅具有固化材料所需要的主要特性，且价格低廉；另外，我矿现有的QZB—50／6气动注浆泵能达到注浆要求的泵压，故选择以水泥、水玻璃的混合物作为加固围岩的注浆材料。

3　施工工艺

　　围岩加固主要有打注浆孔、安装注浆锚杆、封孔、注浆和清洗管路等工序。

3.1　打注浆孔

　　注浆孔的深度以穿透裂隙带为宜，根据孟庄煤矿九采区5煤层的厚度1.0～2.2m的情况确定，注浆孔深为1.2 m～1.8m；注浆孔宜垂直岩层面；注浆孔间距应小于每孔的扩散半径，根据测定，水泥浆的渗透半径为0.8～1.0m,所以选定注浆孔间距为1.6～2.0m、排距为1.4～1.5m。完成10m巷道注浆后，再在原两排注浆孔中间补打一排孔做为复注注浆孔，以弥补初次注浆的不足，保证煤体充分加固。

3.2　封孔

　　封孔采用2～3节水泥药卷将锚杆孔口封实，药卷要用捣管捣固结实，眼口裂隙用水泥沙浆抹严实防止高压浆体外渗，倒流。注浆锚杆规格为φ4`的中空锚杆，长L=1.2～1.6m，注浆锚杆是由外径φ22mm、内径φ15mm的焊接管管壁上钻φ6mm的孔加工而成。

3.3　注浆和清洗管路

　　注浆液是由水与水泥的混合物加入水泥重量1.5%～2%的45波美度水玻璃配制而成，水灰比0.8～1.0。注浆压力保持0.8～1.0MPa，最大不超过1.2MPa。压力较高时可暂停片刻再注；待顶板及帮部渗水或淋水后，注浆孔不进浆时，停止注浆。为防止浆液从注浆锚杆中向外倒流，在注浆锚杆后部安装1个阀门，注完浆后关闭阀门，待0.5h后即将阀门从注浆锚杆上卸下。注完浆后，注浆泵、管路及阀门等要彻底冲洗干净。

4　加固效果

4.1　巷道围岩强度提高

　　我矿完整煤的单轴抗压强度为17.6MPa，围岩破碎时则为2.2MPa。通过注浆加固，其强度大幅度提高，围岩变得坚硬完整，给锚杆提供了坚实的着力基础，使锚杆对围岩的锚固作用得到充分发挥。每根锚杆的锚固力高于50kN，远高于现有的速凝水泥锚杆的锚固力。

4.2　巷道变形量减小

　　在同一巷道段，选择未经注浆前与注浆加固后部分的巷道进行对比。在受上部5煤层工作面采动影响的情况下，未注浆加固部分的巷道一周时间内，水平方向累计变形量为60mm，垂直方向为240mm；在同样条件下，注浆加固部分的巷道经10个月测试，水平方向累计变形量为20mm，垂直方向为8mm。可见，注浆加固后，巷道变形明显减小。

4.3　顶板冒落及片帮得到有效控制

　　注浆前，巷道开口时，顶板一般冒落0.3～0.5m，严重时冒落1.0～2.0m，帮部煤体破碎，巷道成型极差，难以维护。

　　注浆后，巷道开口时，顶板无冒落现象，帮部破开后见到的是水泥与碎煤的胶结体，注浆锚杆位于胶结体的中部，帮部煤体硬而不片帮，交岔点轮廓圆滑，巷道成型好。挂网喷浆后，交岔点处巷道累计变形量为：水平方向15mm，垂直方向10mm，变形甚微。

　　同时，注浆后，围岩裂隙中充满了浆液结石体，使煤与空气隔绝，有效地防止煤的自燃。

4.4　经济效益明显

　　过去采用锚喷支护的开拓准备巷道，往往在掘后1～2a即发生变形破坏，影响正常使用，必须采用U型钢棚进行二次支护；围岩注浆加固后，完全可使采用锚喷支护的巷道一次支护成功，避免了二次支护，支护费用每米降低了1 500元以上，且劳动强度低。

　　过去采煤工作面的上下顺槽在离切眼80～100m范围内严重变形，巷道断面变小，不仅造成工作面通风量的不足，而且造成推进度的减慢，且需要大量的人力、物力去扩刷两顺槽。

　　注浆试验成功后，把注浆推广至工作面的两顺槽，如1203-2、4202-2和4203-2下分层集中运输巷道，共计1 500m，采用注浆加固，使工作面两顺槽的维护状况明显好转，只进行正常的超前支护即可保证正常的使用断面，大大节省了巷道维护费用。

5　几点认识

　　(1)利用注浆方法加固采区巷道围岩，系统简单，施工方便，不影响正常生产，技术上是可行的，经济上是合理的。

　　(2)对于一些使用时间较长的架棚喷浆巷道，由于围岩破碎范围大，打眼安装锚杆困难，同时，巷道深部围岩注浆效果也不好，所以，最好采用长、短锚杆搭配使用，即初注用短锚杆(长1～1.2m)，复注用长锚杆(1.5～1.8m)。这样，不仅能解决打眼及安装锚杆困难的问题，而且能保证注浆效果。复注时考虑到深部围岩裂隙少，将注浆压力适当加大到2～3MPa，以提高深部围岩的注浆效果。

　　(3)采用活接头连接注浆锚杆及注浆管路，装卸占用时间长。如能研制出一种快速连接装置，则可加快注浆速度下载本文