论文—注浆加固技术在软岩高应力回采巷道中的应用

注浆加固技术在软岩高应力回采巷道中的应用

韩冬

（沈阳焦煤股份有任公司 蒲河煤矿，辽宁 沈阳 110123）

【摘要】蒲河煤矿软岩高应力回采巷道变形严重，使用传统的锚、网、索、吊、喷的支护形式难以达到预期的支护效果，必须辅以架棚并且经过多次翻棚、拉底才能维持巷道使用。本文以蒲河煤矿西一采区3#面运输、回风顺槽为例，阐述采用注浆加固技术对巷道帮、顶、底板进行深孔注浆后，实现一次支护不需架棚就能长时间控制围岩变形与破坏，避免巷道多次翻修造成大量的人力物力资源浪费，为软岩高应力回采巷道支护技术提供新途径。 【关键词】软岩高应力回采巷道；注浆加固

1 简介

1.1 地质条件

蒲河煤矿西一采区3#面在-400水平，煤层顶板为油母页岩（厚度25m~30米），向下依次为甲2—1煤层（平均厚度15.8米），甲2煤层（平均厚度10米），鲕状泥岩（平均厚度5m），凝灰岩（平均厚度11米），其中甲2—1煤层为主要可采煤层。油母页岩岩性极不稳定，呈块状结构，遇风、水即膨胀风化成泥，不易维护，本工作面可采煤层为甲2-1及甲2的复合煤层。工业牌号为褐煤,呈黑及黑褐色、断口不平整呈贝壳状，裂隙发育，遇水易风化。煤层赋存受地质构造影响，起伏变化较大， 煤层倾角在0°-40°之间。鲕状泥岩胶结程度差。凝灰岩无层理、具有贝壳状断口、质细具有滑感，吸水性较强。本工作面地质构造比较复杂，煤层在本工作面内呈东高西低、整体向北西方向倾斜。在回采巷道掘进过程中实见32条断层，其中落差最小2米、最大45米。工作面服务年限8.1个月。

1.2 项目背景

蒲河煤矿在西一采区1#面与2#面的回采过程中，回风顺槽与运输顺槽变形极其严重，破坏形式主要为顶板下沉，底板鼓起，两帮开裂、内挤。为保证生产，在工作面开采后，需要马上对两顺进行全巷道的备棚作业，并且在巷道服务期限内需要进行多次翻棚、拉底作业，投入了大量的人力物力。

分析巷道破坏原因：

（1）原始地应力大，地质构造复杂，整个西区断层分布较多。

（2）围岩具有显著的软岩特征，岩性多为泥岩和凝灰岩，吸水性强，遇水极易膨胀。

（3）传统的锚、网、索、吊、喷的支护方式不能满足围岩特征，由于软岩巷道围岩变形量大，变形持续时间长，目前使用的支护方式均不能有效的控制巷道围岩变形

为了解决西区工作面两顺巷道支护问题，在服务期限内保证巷道能安全、正常使用，避免投入大量人力物力进行架棚、翻修作业，经研究决定，在我矿西一采区3#面运输及回风巷进行注浆加固，为蒲河煤矿软岩高应力巷道支护技术开辟新途径。

1.3 注浆加固技术介绍

国内外地下工程支护经验表明，注浆是加固破碎裂隙岩体最有效的途径之一，注浆后浆液凝固，将松散破碎的围岩胶结成整体，提高了岩体的粘聚力，内摩擦角和弹性模量，从而提高了岩体的抗压、抗拉强度，实现了主动支护。

论文题目：注浆加固技术在软岩高应力回采巷道中的应用 所属单位：蒲河煤矿

注浆的目的是充填粘结受采动影响后的巷道围岩离层、开裂形成的裂隙，将破碎的巷道围岩进行重新组合，尽量恢复并构成连续的传力结构体，有利于锚杆锚索加固时力的传递，大幅提高支护的质量和强度，提高巷道围岩的整体性和力学指标，注浆后的巷道，破碎围岩基本上可以恢复连续状态。巷道围岩注浆加固的具体作用：

（1）提高岩体强度。

（2）形成承载结构，降低巷道支架载荷。

（3）改善赋存环境，浆液凝结体封闭裂隙，减小应力集中，防止水气浸入内部岩体，防止水害和风化。 （4）有效的减小瓦斯涌出，降低巷道瓦斯浓度。

2 注浆方案

2.1 注浆地点

西一采区3#面运输巷及回风顺槽

注浆地点示意图-450）西三轨500米回风顺槽注浆段西翼(-450)集中回风巷西翼集中运输巷道巷（回风顺槽工 作 面预计停采线西三采区集中轨道巷定道-435.8 -431.258回风固西一采区3#面西三采区集中回风巷运输顺槽200米未注浆对比段500米运输顺槽注浆段5-430.00西三采区集中运输巷西一2#面运顺西一2#面回顺图2—1

2.2 主要设备与材料

（1）采用2TGZ-60/210型注浆机，注浆压力9.5MPa。 （2）采用325#水泥配制注浆液。

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图2—2 图2—3

（3）采用长2.3米六分铁管作为注浆管。

图2—4 图2—5

（4）使用7655型气动气腿式凿岩机、MQT—100型气动锚杆机钻眼。

图2—6 图2—7 （5）使用中空螺纹钻杆及Φ42的钻头钻眼。

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图2—8 图2—9

（6）采用矿用矿自制封孔机和封孔器进行封孔。

图2—10 图2—11 （7）封孔材料使用水泥沙浆，水泥与沙子比例为1:3。

2.3 主要技术参数的确定

(1）注浆孔以穿透裂隙带为宜，根据中国矿大测定我矿的松动圈在1.75~2.38米，根据工作实际情况，我矿的松动圈应大于矿大测定值，固确定注浆孔深度确定为：4.5米。

(2）注浆孔宜垂直裂隙面，固注浆孔角度确定为：底板眼70~90°、帮眼0~20°、二肋眼40~60°、顶眼70~90°。 (3）现场观察注浆泵的实际能力，水泥浆渗透半径可以达到5米以上，注浆孔排距设计为：5米。 (4）注浆孔间距根据巷道断面大小确定为：在1~2米之间。 (5）每排注浆孔数量根据不同地点断面大小确定为：8~10个。 (6）注浆液水灰比为1:1。

(7）注浆管长2.3米（以测定松动圈范围为依据）。 (8）封孔用的水泥沙浆水泥与沙子的比例为1:3。

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2.4 注浆施工断面图

注浆管钻孔封孔位置

图2—12

3 巷道变形数据监控对比

3.1 巷道变形观测方法

随着巷道施工，以未注浆段（200米）和注浆段（500米）为区分，间隔5m布置巷道变形观测点，观测点布置为十字法，使用电子测距仪观测巷道顶板、底板及两帮的位移变化，每5天观测一次变形量，取所有测点变化量的平均值进行统计并制作数据对比曲线图。

3.2 巷道变形量对比

以未注浆段与注浆段巷道60天观测数据对比为例

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未注浆段与注浆段净高平均变化量对比600500400300200100051015202530观测时间（天）未注浆段净高平均变化量注浆段净高平均变化量30455560变化量（mm）

图3—1

未注浆段与注浆段净宽平均变化量对比30025020015010050051015202530观测时间（天）未注浆段净宽平均变化量注浆段净宽平均变化量30455560变化量（mm）

图3—2

通过对比曲线图可以看出，未注浆巷道在未收到采动影响的状态下2个月的时间内净高变化达到了500~600mm，净宽变化在250mm~300mm之间，而注浆加固段巷道，巷道第一个月净高100~200mm的位移量，净宽有50~100mm的位移量，分析是由于注浆后巷道围岩应力重新分布，在注浆后初期位移量表现较为明显。一个月以后巷道变形趋于稳定。

值得注意的是，注浆段巷道处于受到采动影响的区域，反而比未注浆段巷道的平均变化量小很多，这足以证明经过注浆加固的巷道的围岩的稳定性远远高于没有注浆的巷道，同时，我们在未注浆段巷道和注浆段巷道分别定点进行了锚杆拉拔力测试，测试结果也支持了这一论点。

未注浆段与注浆段锚杆拉拔力对比14121082050100测试地点（米）未注浆段锚杆拉拔力图3—3

而在西一采区3#面的开采过程中，工作面上下端头的超前支护段经过注浆加固，已经不需要进行架棚、翻修、拉底作业就可以保证生产顺利进行，极大程度降低了巷道的支护成本，节约了人力物力，达到了预期的支护目标。

拉拔力数值（吨）150200注浆段锚杆拉拔力

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4 经济效益

蒲河煤矿西一采区1#面、2#面上下顺槽使用锚、网、索、吊、喷传统支护工艺支护巷道，实践证明，传统支护工艺无法满足蒲河矿软岩高应力回采巷道的支护要求，在1#面、2#面回采过程中需要进行全巷道架棚，并至少进行两次全巷道翻棚作业，工作面上下端头超前支护段每天至少要安排一个20人的拉底班组进行拉底作业，拉底量500~800mm，极大的增加了巷道的支护维修成本。

在西一采区3#面进行注浆加固作业后，工作面两顺实现一次支护成功，不需进行架棚、翻修、拉底作业就可以保证生产顺利进行，极大程度降低了巷道的支护成本，节约了人力物力，达到了预期的支护目标。

蒲河煤矿注浆成本经核算为1200元/米，而架棚成本为7182元/米，翻棚成本为3775元/米，一个20人的拉低班组的作业成本为4000元/天，以西一采区3#面为例，上下顺槽总长共计1000米，服务年限8.1个月，那么到整个工作面回采结束，使用注浆加固技术可以为整个工作面回采节省支护成本1450.4万元。

5 安全效益

注浆方法加固巷道不仅在技术上是可行的，经济上是合理的，在安全方面更有其重要的价值和意义: （1）注浆前，巷道拉门时，顶板一般冒落0.3到0.5米，严重时冒落1~2米，岩体破碎，巷道成型极差，难以维护。注浆后，巷道拉门时，顶板无冒落现象，两帮破开后围岩破碎处可见水泥与岩块的胶结体，说明通过注浆，将松散破碎的围岩胶结成整体，极大地提高了巷道围岩强度，充分利用了围岩的自身支承能力，使巷道保持稳定而不易被破坏，极大的避免了冒顶、漏顶、片帮事故的发生。

（2）注浆作业，极大的减少了工人的劳动强度，避免了架棚、翻棚作业可能对工人造成的伤害，从这个角度说明，注浆作业一定程度上避免了工伤事故的发生。

（3）改善赋存环境，浆液凝结体封闭裂隙，减小应力集中，防止水气浸入内部岩体，防止水害和风化。 （4）一定程度上减小瓦斯涌出，降低巷道瓦斯浓度。

6 结论

蒲河煤矿西一采区3#面采用注浆加固技术以后，实现了软岩巷道高应力状态下使用锚、网、索、吊、喷一次

性支护成功，断面及造型长时间内保持完好，变形量小，不需要架棚、翻棚、拉底即能保证安全生产，节约了大量的人力物力和支护成本，可以说注浆加固技术在蒲河矿应用是相当成功的。蒲河煤矿一改以往的刚性被动支护形式，采用注浆加固巷道这种主动支护形式，不仅达到预期的支护目的，并且获得了经济效益和安全效益上的双丰收。

作者简介: 董清岭，男，沈阳焦煤股份有限公司蒲河煤矿生产矿长。

李峰云，男，沈阳焦煤股份有限公司蒲河煤矿总工程师。 孟庆兵，男，沈阳焦煤股份有限公司蒲河煤矿采掘副总。 韩 冬，男，沈阳焦煤股份有限公司蒲河煤矿注浆队技术队长。