寺河矿采动影响集中巷注浆补强技术优化

曹 璐

（晋城宏圣科威矿用材料有限公司，山西 晋城 048000）

我国是一个煤矿大国，煤炭在我国能源结构中占有重要地位，对于我国经济发展具有重要的促进作用[1-3]，是我国经济发展不可或缺的能源资源。我国煤矿开采多以井工开采，井工开采需要开拓大量的巷道，目前，我国每年开采的巷道已达到1.2×104km，这些巷道的开拓需要对其进行支撑维护[4-6]，保证工作面的正常回采。随着大量煤炭资源的开采，浅埋深煤炭资源已趋于殆尽，煤炭企业不得不向深部开采，深部开采面临地应力大的威胁[7-8]，同时受到构造应力、采动影响、间隔煤柱小的问题，巷道受到不同程度的影响，出现了底鼓、帮鼓等矿压显现，严重威胁煤矿安全生产[9-10]。

为了消除底鼓、帮鼓等带来的不利影响，注浆加固技术是消除不利影响的有效手段，通过注浆设备将浆液注入到围岩裂隙中[11-12]，经过一段时间，浆液发生化学反应形成结石体，结石体将原来的破碎的围岩形成一个完整的整体，改变原来围岩的结构特征，提高围岩稳定性，对于提高巷道稳定性具有重要意义[13-14]。

本文以晋能控股装备制造集团有限公司寺河煤矿为试验矿井，对其巷道进行注浆加固治理，已达到安全生产的目的。

受构造应力、采动影响、间隔煤柱小等影响，东五盘区东翼新增辅运巷、东翼新增回风巷、东翼胶带巷、东翼辅运巷4条集中巷出现不同程度的帮鼓、底鼓等问题，部分已经影响使用，因4条大巷作用重大、服务年限长，需要针对4条大巷开展维修加固工程，使巷道围岩稳定，维护巷道断面，保障长期安全使用。新增辅运巷与新增回风巷之间净煤柱宽度15.5m，新增回风巷与胶带巷之间净煤柱宽度15m，胶带巷与辅运巷之间净煤柱宽度15m。

4条大巷位置关系如图1所示。

图1 4条大巷位置关系示意图

3.1 原注浆方案

4m孔：钻孔上、中、下排矩形布置。上排孔距顶板0.5m，仰角6°；
中排孔距上排孔1.2m，仰角0°；
下排孔距中排孔1.2m，仰角0°；
如果下排孔距离底板超过1.7m，在下排孔和底板中间位置补打一个钻孔。排距2m，孔径42mm。

8m孔：钻孔上、中、下排矩形布置。上排孔距顶板1m，仰角10°；
中排孔距上排孔1.2m，仰角0°；
下排孔距中排孔1.2m，仰角0°；
如果下排孔距离底板超过1.5m，在距底板0.5m 的位置补打一个钻孔。排距2m，孔径42mm。4m、8m孔布置方式详见附图2所示。

图2 4m、8m钻孔调整后布置形式

注浆材料及水灰比：采用双液注浆材料，注浆水灰比（0.6～0.8）∶1，巷帮破碎严重，漏浆严重时适当降低水灰比，巷帮裂隙不发育，注浆难度较大时，可增大水灰比；
封孔时建议水灰比（0.6～0.7）∶1。

注浆设备：三条进风巷采用ZBYSB40/22-7.5kW液压注浆泵，QB260搅拌桶进行制浆注浆，回风巷可以采用液压注浆泵或者2ZBQS25-6 矿用气动注浆进行注浆。

封孔深度：浅孔封孔深度应在0.5～1m；
深孔封孔深度应在1.5～2m。

注浆方式：全部钻孔采用埋孔口注浆管，孔内下花管，全长一次注浆施工。浅孔4m，注浆孔花管长度2m；
深孔8m，注浆孔花管长度为2m。

注浆压力：浅孔注浆终止压力4～6MPa，深孔注浆终止压力6～10MPa，根据现场情况进行调整。

注浆施工过程中，必须保证注浆压力，出现局部漏浆时采取相应措施，堵漏或压水后复注，漏浆严重导致停注的区域补打注浆孔。

3.2 原锚索补强方案

顶板锚索形式和规格：锚索材料为∅22mm，1×19结构高强度、低松弛预应力钢绞线，长度5300mm，钻孔直径∅30mm。锚固方式：加长预应力锚固，采用一支MSK2335和两支MSZ2360树脂锚固剂锚固，锚固长度1970mm。锚索托板：采用300mm×300mm×16mm高强度可调心托板及配套锁具，承载能力不低于550kN。锚索布置：未有锚索支护的两排锚杆之间打设4 根锚索，间距1400mm；
已有锚索支护的两排锚杆之间打设2 根锚索，与已有锚索间距1200mm。锚索排距1000mm，全部垂直顶板岩层打设。锚索预紧力250～300kN。

围岩锚索形式和规格：锚索材料为∅22mm，1×19结构高强度、低松弛预应力钢绞线，长度5300mm，钻孔直径∅30mm。锚固方式：加长预应力锚固，采用一支MSK2335和两支MSZ2360树脂锚固剂锚固，锚固长度1970mm。锚索托板：采用300mm×300mm×16mm高强度可调心托板及配套锁具，承载能力不低于550kN。锚索布置：每排打4 根锚索，锚索间距1100mm，排距1000mm，垂直巷帮打设。网片规格：采用钢筋网片护帮，规格为2000mm×1200mm，每排每帮两片网片相互勾接，并用双股16#绑丝相连。锚索预紧力150kN。

目前正在新增回风巷实施注浆和锚索补强，注浆按照方案中的4m、8m 两组孔深实施，帮锚索长度4.3m，同时调研了胶带巷现场情况，存在的主要问题如下：

（1）现场注浆水灰比偏高。实际水灰比约1∶1，主要问题是工人担心堵管，刻意调大水灰比，水灰比过大一方面造成凝固速度减慢，漏浆问题突出，另一方面虽然可以凝固，但强度偏低，于注浆效果十分不利；

（2）注浆窜孔严重。注浆钻孔按间排距布置集中打设，间距较小，由于内部裂隙十分发育，注浆时窜孔严重；

（3）胶带巷临近新增回风巷一侧施工困难。胶带巷临近新增回风巷一侧大部分区域帮部鼓出十分严重，离皮带架很近，空间不足，且不计划进行扩帮，人员可以勉强可以进入，但无法打孔注浆，也无法打钻施工锚索；

（4）新增回风巷帮锚索锚固力不足。由于锚索补强和注浆单独作业，由于煤柱变形量大，内部裂隙十分发育，锚索施工时，锚固端无有效着力点，导致锚固力严重不足。

5.1 水灰比优化

注浆加固体强度是保障注浆加固效果的重要因素，大巷注浆加固必须保证材料强度，从而提高围岩整体强度，才能达到良好的效果，必须保证水灰比，设计水灰比0.8∶1，每桶加8～9袋料，最低不能少于8袋。

5.2 注浆窜孔优化

为保证注浆效果，减少窜浆，建议采用循环注浆方式。

（1）设置每20m巷道长度为一个注浆循环，每个循环内先（打）注4m孔，后（打）注8m孔。

（2）钻孔施工顺序。先打下部钻孔，再打中部钻孔，最后打上部钻孔。钻孔施工时。下部孔施工采用间隔打孔方式，有利于防止漏浆，实施完毕后，再返回实施中间排钻孔，下部孔全部实施完毕后，再依次往上施工。

（3）间隔打孔方式下，注浆和打钻不冲突，可同步进行。

5.3 胶带巷侧注浆优化

胶带巷临近新增回风巷一侧空间不足，造成注浆钻孔施工困难。针对无法施工钻孔、插管注浆困难的问题，计划从新增回风巷一侧施工深孔，从新增回风巷对胶带巷煤柱侧进行注浆。

从新增回风巷一侧施工钻孔，第1 个孔先打穿煤柱，测试煤柱实际宽度，剩余钻孔可以根据测试的实际煤柱宽度设计孔深，保证胶带巷一侧留下2～3m 的止浆墙。

钻孔布置：布置上下两排，上排距离顶板1m，下排距离底板1m，同排钻孔之间间距2m。钻孔深度12m。钻机采用手持风钻、麻花钻杆，孔径42mm，如果手持风钻无法满足施工要求（深度不够）时，换用架柱式钻机，孔径50mm。

5.4 新增回风巷巷帮锚索施工

对于新增回风巷和胶带巷之间煤柱，宽度15m 左右，采用对穿锚索方案。锚索布置间排距不变，施工对穿钻孔，安装锚索，锚索长度建议15.5m 左右，从新增回风巷一侧张拉预紧，达到双侧补强目的。该方式预紧力大小不受注浆影响，先注浆后再进行锚索施工，否则锚索孔会成为将来漏浆通道，对穿锚索安装剖面如图3所示。

图3 对穿锚索补强示意图（单位：mm）

为了防止煤柱变形过大对穿锚索出现破断弹出，在对穿锚索安装后，需要对对穿锚索进行注浆全长锚固。具体实施步骤如下：

（1）施工对穿锚索钻孔；

（2）将对穿锚索从新增回风巷一侧穿入，在胶带巷一侧穿出，在胶带巷一侧安装锁具和托盘；

（3）在新增回风巷一侧，钻孔内塞入1根1216铝塑管，长度8m 左右，在孔口填塞棉纱，填塞深度越大越好，做好封孔工作；

（4）安装托盘锁具。托盘采用特制托盘，在锚索眼旁边10mm 左右位置开一小孔，孔径16～20mm，安装托盘时，将锚索从锚索眼穿过，将铝塑管从小孔穿过，上锁具，张拉预紧，注意不要破坏铝塑管；

（5）利用气动注浆泵管路连接铝塑管，采用双液注浆材料，水灰比（0.6～0.8）∶1，对锚索孔进行注浆；

（6）注满为止，注浆终止压力设计约4MPa左右，注浆完毕后，将铝塑管弯折，避免浆液泄露，30min左右注浆材料强度即达到设计值。如果发现张拉预紧过程中，对铝塑管会产生严重破坏，导致无法注浆，则需要调整工艺，将锚索从胶带巷一侧穿出后，先在胶带巷一侧孔口填塞棉纱封孔，然后再安装托盘锁具，在新增回风巷一侧填塞棉纱和铝塑管，先注浆，注浆完毕可以将铝塑管剪断，再上普通托盘锁具，张拉预紧。但此种方式锚索并非全长预紧，效果不好，非必要情况下不建议采取。

寺河矿为了避免受构造应力、采动影响、间隔煤柱小等影响的集中巷道影响工作面正产回采，对巷道原支护注浆加固方案提出了有效的优化方案，有效保证了工作面的安全生产，避免了巷道底鼓、帮鼓对工作面生产的影响，受构造应力、采动影响、间隔煤柱小等影响。