1、大断面切眼过煤顶预注浆控制技术研究摘 要某矿 768 切眼采用二次成巷法掘进，受地质条件影响，在切眼导硐过程中，有一段约 35 m 的巷道托煤顶施工，煤顶表现出松散破碎的特征。为了保障 768 切眼扩刷施工时过煤顶的安全，并能够有效控制巷道围岩变形，采用了多角度、不同深度注浆孔交叉布置的方式，对煤顶段进行预注浆处理。结果表明：扩刷侧煤岩体胶结密实，原有的锚杆、锚索支护结构也得到了强化，达到了预期的加固效果，保障了扩刷施工的安全，并为今后的注浆工程提供好了很好的借鉴作用。 关键词切眼；松散破碎；煤顶；预注浆 中图分类号：TD311 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）06-0
2、015-03 1 引言 近几十年来，注浆技术在地下岩土工程中获得广泛的应用并取得了良好的工程效果，得到迅速的发展。随着现代支护理论和注浆技术的发展进步，巷道围岩注浆加固技术作为一种特殊的手段应用于煤矿中，主要应用于两种情况1：为提供掘进头及掘进工作面前方煤岩体稳定性，进行预注浆或随开挖及时注浆，短期加固煤岩体，以便安全掘进施工和支护；为提高已掘完和被支护巷道围岩体稳定性，松散破碎围岩体进行注浆加固，目的是控制围岩变形，使得巷道长期稳定。文献2针对特大断层巷道掘进施工问题，提出预注浆控制迎头空顶区岩体垮冒技术，保障了巷道施工安全和长期稳定；文献3中李玉等对二次注浆加固进行研究，有效解决赵庄煤矿高
3、地应力条件下松散破碎围岩持续变形问题；文献4采用注锚加固为核心的联合支护技术，有效解决了深部高应力作用下破碎岩体的支护问题。鉴于此，针对 768 切眼煤顶松散破碎的特征，采用预注浆控制技术对煤顶段进行加固，以保障切眼在扩刷施工过程中的安全。 2 工程背景 某矿 768 工作面北临八采区，西接 7610 工作面，东接 766 工作面，南至不可采区边界。该面 7 煤层厚度 0.3 m 6.8 m，平均厚度 3.07 m，煤层倾角 320，平均 9，老顶为粉砂岩，平均厚度约 3.50 m，直接顶为粉砂岩，平均厚度约 8.80 m，老底为细沙岩，平均厚度约 2.90 m，直接底为泥岩，平均厚度 1.9
4、0 m。该煤层地质条件复杂，断层及其滋生断层呈网状分布，巷道支护和施工较为困难。 768 切眼采用二次成巷法掘进（见图 1） ，第一次导硐宽度为 4.8 m，二次扩刷后，巷道宽度为 8.2 m。768 切眼导硐施工中，支护方式为锚杆+金属网+钢筋梯子梁，补强方式为锚索。受地质条件变化影响，在切眼掘进导硐过程中约 35 m 巷道托煤顶施工，加之在 768 切眼导硐过程中对围岩造成的应力扰动，使得围岩表面裂隙发育并向深部延伸，为了保障刷大施工的安全，并且能够有效控制巷道围岩变形，在切眼刷大之前对768 导硐侧进行了超前注浆加固。 3 预注浆控制技术 3.1 注浆控制原理 采用注浆技术控制巷道围岩稳
5、定性，主要体现在 3 个方面：围岩强度强化，通过注浆改善围岩弱面的力学性能，提高松散破碎围岩的强度；形成承载结构，在松散破碎围岩岩体中注浆，可以时破碎岩块重新胶结在一起，形成承载机构；改善围岩赋存环境，注浆可以封闭破碎岩体之间的裂隙，防治围岩风化和水的侵蚀，有利于保持围岩力学性质。 3.2 预注浆技术 1） 注浆材料 注浆材料选用青岛新宇田生产的固安特，与传统注浆材料相比固安特具有以下优点：低粘度，易渗透微小裂隙；强粘合，迅速粘合松散煤岩体；高弹性，持久粘合，适应长久地压影响；遇水膨胀，易堵水。 反应前材料常温下为纯液态，反应时间短，快速固结并达到需要强度，反应过程中放热量低；固化物强度高，强
6、粘结性能保证与岩层的高度粘合，良好的柔韧性可以承受地层压力的长期作用；并且具有强抗渗性能、抗磨、抗冲击性能和抗老化性能，从而达到长久稳固岩体的目的。该产品双组分浆液按体积 1：1 由专用气动注浆泵进行注射，施工快捷简单。 2） 注浆压力 注浆压力主要取决于围岩的渗透性和浆液的性能，浆液的入渗过程势必会对岩体的原岩应力造成扰动，引起裂隙的张开、扩展、闭合5。过小的注浆压力难以渗透到围岩深处，达不到注浆效果，较高的注浆压力有利于浆液渗透，但注浆压力过大会引起围岩裂隙的扩展，并导致注浆垫层破坏，使得浆液流出。根据 768 切眼围岩裂隙发育程度，选择注浆压力为 2 MPa。 3） 注浆孔设计 整个注浆
7、过程共孔布置 59 个注浆孔（注浆孔布置见图 2） ，其中过煤顶段煤壁侧布置注浆孔 14 个（713 为一次注浆孔，2026 为二次注浆孔） ，上下两排每排布置 7 个，超高段煤壁侧（16 为一次注浆孔，1419 为二次注浆孔）布置 12 个，上、下两排每排布置 6 个，老塘侧及中顶部位布置注浆孔 25 个，后路不规则布置 8 个注浆孔。注浆过程中使用注浆花管，浅孔使用 2 m 花管，深孔使用 3 m 花管，并在注浆管最末端一根花管使用末端封闭的方式，促使注浆过程中浆液只沿着花管四周的小孔向外渗透，而不会出现大量浆液沿着花管末端向前方渗透的现象，这样可以有效控制注浆半径，为压茬注浆提供了保障。
8、 （1） 一次注浆孔布置设计 煤顶段采用了每隔 3 m 布置一排注浆孔，采用每排 4 个注浆孔（见图 3a）和每排 5 个注浆孔（见图 3b）交叉布置的方式，注浆孔的深度及角度都不相同，目的是用最经济、合理的布孔方式达到最佳的注浆效果。（a）4 个注浆孔布置图（b）5 个注浆孔布置图（c）超高段注浆孔布置图 超高段部分采取了每隔 3 m 布置一排注浆孔，每排布置 1 个注浆孔，注浆孔深度按 4.5 m 布置，注浆孔按顶板控制线布置（见图 3c） 。 （2） 二次注浆孔布置设计 第一次注浆结束后，为了检验和保证注浆效果，在煤壁侧第一次注浆孔下方间隔 1.5 m 位置，每隔 3 m 打一个检查孔并
9、利用此孔进行二次注浆，注浆孔布置见图 3。 （3） 不规则注浆孔布置 针对整个里切眼内出现坠兜和巷道压力显现的地方，采用不规则布置注浆孔的方式进行注浆，一方面可以利用注浆孔检查顶板岩性情况，另一方面也可以对岩性较差的部位进行注浆加固，提高切眼的自身承载能力。 4 注浆效果及分析 整个注浆历时 8 天，共注化学浆 15000Kg（共 300 组） ，其中煤壁侧注浆量 100 组，煤顶段顶部注浆量 104 组，老塘侧注浆量 35 组，二次注浆量 61 组，后路不规则注浆孔均未注进浆液。注浆量见下表。 （1） 煤壁侧注浆呈现相邻两个注浆孔注浆量一多一少的现象，分析原因是前一个注浆孔浆液已渗透至下一个
10、注浆孔渗透半径所致；煤壁侧二次注浆总量小于一次注浆总量，由此可见，一次注浆的浆液已渗透至二次注浆渗透半径之内，反映出一次注浆效果良好。 （2）部分中部注浆孔呈现注浆量较少甚至注不进去的现象，说明顶板岩性较好，只是表面有裂隙，此现象在后路坠兜子处 8 个注浆孔均未注进去得到证实；煤顶段布置 5 个注浆孔的注浆量多于布置 4 个注浆孔的注浆量，说明密集布置注浆孔时，注浆效果较好。 （3）从刷大施工揭露的情况看，刷大部分与导硐接茬处位于刷大侧约 2.83.2 m 范围内的煤岩体得到了有效加固，煤岩分界面浆液胶结密实，刷大时甚至风镐难以施工，表明煤壁侧注浆达到了预期的加固效果。（4）注浆过程中出现部分
11、浆液沿着原先施工的锚杆、锚索孔溢出的现象，说明已有裂隙与锚杆、锚索孔贯通，此种情况下注浆，不仅可以加固到煤岩体，还可以加固已施工的锚杆、锚索支护结构，极大提高巷道围岩的稳定性。 5 结语 巷道围岩注浆技术作为一种有效的支护手段，不仅可以加固松散破碎的围岩，形成外壳支护，还可以结合锚杆支护，形成一个强有力的共同承载体。768 切眼扩刷前，通过布置多角度，不同孔深的注浆孔对煤顶段预注浆，改善了煤岩体的力学性能，同时也强化了原有的锚杆支护结构，既保障了刷大施工的安全，又有效控制了巷道围岩变形，达到了预期的效果，为类似条件下的巷道工程加固提供了很好的借鉴。 参考文献 1 侯朝炯团队.巷道围岩控制M.徐州，中国矿业大学出版社，2013. 2 张农，许兴亮，程真富等.穿 435m 落差断层大巷的地质保障及施工控制技术J.岩石力学与工程学报，2008（S1）：3292-3297. 3 李云，韩立军，孙昌兴等.大松动圈破碎围岩二次注浆加固试验研究J.煤炭科学技术，2012（12）：19-23. 4 祁和刚，郭夕祥，于士芹等.破碎大巷变形机理与注锚加固技术J.煤炭学报，2008（11）：1224-1229. 5 张农. 巷道围岩滞后注浆围岩控制理论与实践M. 徐州，中国矿业大学出版社，2004.
