齊 飛，盧夢凡

（山西天地王坡煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048000）

某礦3206運輸順槽掘進至距巷口約680 m處遇地質(zhì)構(gòu)造帶，受地質(zhì)構(gòu)造影響頂板圍巖原生節(jié)理裂隙發(fā)育，巷道頂板和圍巖破碎，掘進迎頭頂板出現(xiàn)了隨掘隨冒的現(xiàn)象，所以，為保證掘進3206運輸順槽的施工安全，對構(gòu)造影響區(qū)前20 m巷道以補打錨索方式加強支護，對掘進迎頭上方的頂巖體采用新型無機化學(xué)材料進行注漿加固，增強頂板結(jié)構(gòu)完整性和周圍巖體粘結(jié)強度，極大提高受地質(zhì)構(gòu)造影響圍巖自穩(wěn)性能和整體承載能力，以得到控制巷道變形目的，保證了巷道服務(wù)年限[1]。

1 工程概況

該煤礦主采3號煤層，其煤層平均厚度5.8 m，平均埋深約為500～700 m，煤層平均傾角6°，結(jié)構(gòu)簡單，其頂板直接頂為灰黑色砂質(zhì)夾薄層泥巖。直接底為泥巖或細粉砂巖。3206工作面為孤島工作面，其西側(cè)為3208工作面，東側(cè)為3204工作面，目前其中2個工作面均已回采結(jié)束，其巷道布置如圖1所示。

圖1 3206工作面巷道布置示意圖

3206工作面其運輸順槽、回風順槽、高抽巷均為采空區(qū)邊緣掘進，巷道處在采空區(qū)邊緣煤體塑性區(qū)并受其殘余回采應(yīng)力影響導(dǎo)致巷道在掘進期間頂板控制困難，后期維護工作量大。3206運輸順槽掘進至距巷口約680 m處地質(zhì)遇構(gòu)造帶影響，掘進迎頭目前已經(jīng)進入構(gòu)造影響范圍內(nèi)，其頂板圍巖出現(xiàn)了隨掘隨冒的現(xiàn)象，嚴重危及到了施工人員安全、限制了施工進程。

2 注漿加固的原理及作用

破碎圍巖注漿加固時，漿液注入破碎圍巖后充填圍巖內(nèi)部裂隙，并對開裂破壞的圍巖進行膠結(jié)，使圍巖內(nèi)部形成的裂隙消失，圍巖恢復(fù)為具有完整結(jié)構(gòu)的連續(xù)體。當充入裂隙的漿液結(jié)石體具有足夠強度時，可有效阻止在高應(yīng)力作用下圍巖內(nèi)部開裂離層位置的擴容性破壞的發(fā)展?？梢?，注漿加固是在改變破碎圍巖內(nèi)部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上實現(xiàn)對圍巖的加固過程。高應(yīng)力環(huán)境下，選擇具有高強度結(jié)石體的注漿漿液，在改變圍巖內(nèi)部結(jié)構(gòu)的同時，阻止圍巖內(nèi)部裂隙區(qū)擴容破壞的發(fā)展，并且使破碎圍巖的可錨性顯著增強，為錨桿錨索支護提供足夠的錨固力。但單純的破碎圍巖注漿，并未改變圍巖的應(yīng)力條件，高應(yīng)力環(huán)境下，圍巖自身及圍巖裂隙面與漿液結(jié)石體間，都容易發(fā)生2次開裂破壞，因而煤礦井下動壓高應(yīng)力條件下的破碎圍巖采用單純注漿加固也易發(fā)生加固后的再次破壞[2]。

高壓注漿的目的是充填遭到破壞的巷道圍巖內(nèi)部裂隙，將破碎圍巖進行重新組合，提高破碎圍巖的承載能力，同時恢復(fù)或構(gòu)成完整的巖體結(jié)構(gòu)，進而形成連續(xù)的結(jié)構(gòu)體，以有利于錨桿錨索加固時力的傳遞，大幅度提高加固質(zhì)量和效果。

3 注漿加固方案與實施

3.1 注漿設(shè)計

3.1.1 注漿材料選擇

本次注漿加固主要是提前對構(gòu)造影響區(qū)域下掘進巷道迎頭頂板的破碎巖體進行注漿，控制掘進迎頭頂板隨掘隨冒的現(xiàn)象，要求注漿材料具有較高的粘聚力和強度，能注入細小的裂隙和孔隙[3]。因此根據(jù)現(xiàn)場圍巖條件結(jié)合注漿材料特點，本次注漿材料確定采用化學(xué)注漿材料。

3.1.2 注漿材料特性

化學(xué)注漿材料滿足AQ1116—2020《煤礦加固、堵水、充填和噴涂用高分子材料通用安全技術(shù)規(guī)范》和AQ/T1089—2020《煤礦加固煤巖體用高分子材料》行業(yè)標準中的規(guī)定，滿足表1所示特性。

表1 注漿材料特性

3.1.3 注漿孔布置

根據(jù)3206運輸順槽掘進巷道斷面及需達到效果，本次注漿孔設(shè)計為沿掘進面迎頭成排布置，其排距設(shè)計為1000 mm，間距設(shè)計為1500 mm，孔深度7.5 m和10.5 m，用錨桿液壓鉆車打孔，鉆頭直徑φ42 mm?？咨?.5 m的鉆孔上仰60°，靠近兩幫的鉆孔外扎15°；孔深10.5 m的鉆孔上仰45°，靠近兩幫的鉆孔外扎10°，使用封孔器對注漿鉆孔封孔，其中孔深7.5 m的鉆孔其封孔深度2500 mm，孔深10.5 m的鉆封孔深度4000 mm，斷面內(nèi)注漿孔布置設(shè)計如圖2所示。

圖2 注漿孔布置設(shè)計圖

3.1.4 注漿量計算

本次注漿為確保其效果，現(xiàn)對每米注漿所需量計算如下

式中:Q單為每孔注漿量（kg）；A為漿液損失率；R為擴散半徑；H為注漿深度；n為圍巖孔隙率；B為漿液充填系數(shù)；M為漿液密度[4]。

經(jīng)計算，本次注漿單孔其消耗應(yīng)不大于200 kg/孔。

3.2 注漿方案

3.2.1 注漿施工工藝

按設(shè)計要求施工注漿孔→開泵注漿→注漿至終壓或單孔量達200 kg停泵、封孔→結(jié)束并檢查注漿效果→下一注漿點開始。

3.2.2 工藝要求

1）按設(shè)計眼位開孔且其偏差量為±50 mm范圍。

2）施工前進行預(yù)注漿，將漿液填充率、配漿比、注漿量、終壓等指標進行確定[5]。

3）施工過程按隔排跳躍施工且由中間孔至兩幫孔順序施工，并對鉆孔核實確定不遺漏。

4）化學(xué)漿制備：將2組成分分別倒入配料桶并插入吸液管，連接注漿泵。

5）注漿過程中必須將封孔器與孔口管連接牢固且拆卸時必須右旋拆下，保證漿液不能外溢。

6）注漿結(jié)束后對注漿泵等相關(guān)設(shè)備管路進行清洗，防止發(fā)生堵塞。

7）因使用的化學(xué)漿凝固期間為放熱過程，故在出現(xiàn)漿液外漏時必須停止且采取措施進行封堵。

8）本次注漿采用化學(xué)漿液，由于其粘度低，滲透力強，需嚴格按設(shè)計量單孔注漿不超200 kg，超時應(yīng)及時結(jié)束注漿。

3.3 注漿效果分析

在注漿結(jié)束后進行正常掘進并施工窺視孔，窺視孔采用鉆孔內(nèi)部窺視儀進行窺視，以觀察本次注漿段在破碎圍巖中的凝固效果[6]。根據(jù)本次注漿孔位設(shè)計，在注漿區(qū)域隔4 m在頂部施工2個孔深為8 m的窺視孔分別孔1、孔2，其孔窺視如圖3所示。

圖3 孔1、孔2窺視視圖

通過窺視孔1、孔2可看出，注漿后在巷道頂板0～1 m深度范圍內(nèi)巷道整體圍巖破碎嚴重，裂隙縱橫交錯。但注漿后有明顯的化學(xué)漿凝結(jié)體，實現(xiàn)了巷道的封閉；在巷道頂板2～5 m范圍內(nèi)存在大量裂隙但裂隙均已被注漿材料填充，較好地實現(xiàn)了對裂隙發(fā)育帶的膠結(jié)，注漿效果良好；在巷道5～8 m深度范圍裂隙發(fā)育明顯減少，孔壁相對完好，可見部分注漿結(jié)膠體的填充達到有效深度，達到了本次注漿的預(yù)期。

為持續(xù)觀察本次注漿效果，特對施工區(qū)域及相鄰未施工區(qū)域建立礦壓觀察點，每隔1 d觀測1次，持續(xù)30 d，其觀測結(jié)果如圖4所示。

圖4 觀測區(qū)域圍巖位移量

從圖4可看出，30 d內(nèi)注漿施工區(qū)域巷道頂板總下沉量為129 mm，未注漿區(qū)域頂板下沉量達202 mm，進一步驗證了注漿對圍巖變形速率有著較好的控制效果。3206運順掘進迎頭頂板圍巖破碎段通過注漿提高了圍巖穩(wěn)定性。

4 結(jié)束語

本文通過對3206運輸順槽掘進迎頭頂板圍巖破碎變形機理分析，提出了采用注漿加固手段進行控制，并通過對注漿加固原理研究確定了本次注漿步驟、單孔注漿量、注漿壓力等具體參數(shù)。通過注漿后的區(qū)域窺視，驗證了注漿區(qū)域巷道頂板8 m范圍內(nèi)的圍巖能實現(xiàn)有效固結(jié)。通過對注漿區(qū)域及未注漿區(qū)域巷道的30 d觀測，驗證了本次注漿加固能有效控制巷道圍巖變形速率。本次的工程實例，充分說明了在復(fù)雜質(zhì)地條件下，選擇合理有效的注漿加固方案對圍巖裂隙的充填、圍巖變形率、頂板淋水等能夠有效控制，對復(fù)雜地質(zhì)條件下安全掘進具有借鑒意義。