注浆方法加固采区巷道施工

　　摘　要　以北皂煤矿四采区回风巷道为例，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。
　　四采区上部有一条SE方向的张性背斜轴，由于它的影响，造成四采区上部煤体节理相当发育，而其回风巷正布置在这一区域内。与四采区上部回风巷毗邻的是4201-1工作面，该工作面的材料巷与四采区上部回风巷平行，间距44m。由于4201-1工作面采动的影响，四采区上部回风巷740m的锚喷巷道有400m已严重变形、掉顶、片帮，最后不得不重新架设U型钢棚；剩下的340m巷道虽没有架设U型钢棚，但喷层大部分也出现了裂纹，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。
　　因此，锚喷支护在顶板来压时，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，认为通过向支护体后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TBW-50/15泥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、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，根据北皂矿松动圈的厚度1.0～2.0m的情况确定，注浆孔深为1.8m；注浆孔宜垂直裂隙面；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，保证围岩充分加固。

3.2　封孔
　　封孔采用软木塞套在锚杆上，然后缠上黄麻，将软木塞与注浆锚杆一起伸入注浆孔内，在孔口用锤子等工具把软木塞楔牢。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，选择未经注浆加固的一段巷道与注浆加固部分的巷道进行对比。在受4201-2下层工作面采动影响的情况下，未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。

第1作者简介

　　李云义，男，1965年生，工程师。1987年毕业于黑龙江矿院采矿工程专业，现在北皂煤矿技术科从事采掘技术管理工作，发表论文多篇。