1、1破碎软岩巷道注浆加固技术在香山矿的研究与应用摘要：本文以平煤香山矿-450 丁组专回下山碰到的松软破碎煤岩为对象，根据地质资料和现场勘查情况，采用理论与试验相结合的方法进行估算；通过采用改性普通硅酸盐水泥和高强高性能超细普 通硅酸盐水泥基注浆材料，并运用先进的施工技术，对平煤香山矿-450 专回上山的破碎松软煤岩进行注浆加固，使其达到预期效果。 关键词：破碎软岩 注浆加固 井巷工程 1 工程概况 香山矿-450 丁组专回下山永久性巷道是处于担负丁组采区回风的考虑设计而成的，服务年限到丁戊组采区丁组采面回采结束为止。这条巷道布设在地质状况良好的丁戊组采区保安煤柱内，开口标高和终点标高设计分别为
2、-447.946m、-405.515m，坡度设计为 13，顶板依次是灰色泥岩及砂质泥岩，上部夹薄煤层，灰色细至中粒砂岩，底板依次为灰色泥岩、砂质泥岩、灰色上部细砂岩，粉砂岩，下部砂质泥岩。-450 丁组皮带下山地质条件与-450 丁组专回上山相似。香山矿-450 丁组专回下山为矩形断面，净宽净高=36002400mm，S 掘=8.96m2，S 净=7.68m2；水沟掘进断面 0.15m2，支护形式为锚、网、梁、索、喷支护，锚杆直径20mm，长度 2000mm，顶板锚杆间排距 850850mm、帮部锚杆间排距700850mm，锚索直径 17.8mm，长度 7000mm，单排布置，间距 1800m
3、m，钢筋梯梁用 12 钢筋加工而成，只支护顶板，喷浆配比 1：2：2；砼强2度不低于 150#。由于成巷后顶板出现破碎冒落，压力显现明显，破碎围岩形成大量网兜。为加强围岩稳定性，巷道支护在采用锚网喷加钢筋梯梁、锚索联合支护系统基础上，对巷道极破碎的围岩进行注浆加固，有效改善巷道围岩条件，形成可靠的锚固结构，是确保矿井安全生产的基础。 2 巷道注浆加固机理 破碎软煤岩巷道本身由于松软破碎，再加上矿山压力的周期来压作用，原有的围岩弱面纵深拓展，同时产生新的裂隙，围岩状态不佳，除了有膨胀、松动、破碎以及较大的变形以外，来压强烈，而且流变时间长。工程队考虑通过改善围岩结构和支护形式来提高围岩性能。对于
4、破碎煤体、高应力区域，在普通支护手段基础上采取加强支护，以提高维护质量。以注浆加固的形式优化巷道围岩结构，提高围岩强度，是通过实践探索出的改善破碎软岩巷道支撑性能的有效策略。围岩注浆加固是将混凝土浆液注入围岩弱面，使弱面充填体与四周岩体重新胶结形成整体，以优化围岩结构，改善其力学性能，从而提高岩体的整体强度。目前这种注浆加固方式已广泛应用在围岩巷道施工中，应用效果在工程实践中得到了充分验证。通过对破碎软煤岩巷道进行注浆加固，提供合理的支护阻力，适应围岩变形，有效保持围岩稳定。 3 施工方案 3.1 注浆孔布置 注浆孔布置形式：先对两帮顶底角进行加固，预留2.0m1.5m 间排距，垂直顶板布置两
5、排注浆孔，预留 1.6m1.5m 的间排距，顶、底角钻孔向上、下倾斜 30，钻孔呈三花状错开布置，每个断3面布设的钻孔数量为 4 个；注浆孔用风钻打眼，孔深 3m，孔径设计为45mm。 3.2 注浆材料 分别采用了普通硅酸盐水泥基注浆材料和超细普通硅酸盐水泥基注浆材料。普通硅酸盐水泥基注浆材料浆液组成：为 PC 42.5水泥基注浆材料，配以专用注浆外加剂膨胀剂和减水剂。外加剂为膨胀剂和高效奈系减水剂的混合物，两者比例为 6：1，外加剂按水泥用量的0.51%掺加。注浆时采用单液注浆。水灰比采用 0.50.8。超细普通硅酸盐水泥基注浆材料浆液组成：为超细 PC 42.5 水泥基注浆材料，配以专用外
6、加剂。外加剂按水泥用量的0.50.8%掺加。注浆时也采用单液注浆。水灰比采用 0.51.0。 3.3 注浆工艺 采用气动双液注浆泵注浆。用水泥加速凝剂封孔，将注浆管插入孔洞后封堵孔口，封孔长度为 0.4m。注浆时，为防止喷层开裂，必须将注浆压力控制在 2.03.0MPa，且注浆扩散半径不超过 2.0 m，每米巷道注浆量不宜超过 2t，初期支护完成后再开始注浆时间，围岩变形问题是难免的，轻度变形基本不会破坏围岩结构，可在高应力充分释放后再注浆加固，具体根据围岩变形监测结果确定。根据地质状况、现场环境确定注浆顺序应该从底板向上间隔跳跃注浆。现实条件下，可通过深浅孔配合注浆形式整体加固破碎煤岩；对于
7、裂隙发育，存在跑浆、冒浆风险的岩体，可先进行浅部注浆，形成“止浆墙” ，然后深部注浆，确保深部浆液扩散范围和注浆压力。 3.4 施工工艺 根据设计要求的施工顺序和参数信息，在指定的位置打注浆孔；连接注浆泵压风和注浆管路，开压风运转注浆泵；搅拌机4开机试运行，检查其运行性能；现场运输车队负责把注浆材料运至搅拌机附近。注浆泵每次发动设备前，都要查看本机油箱中液压油液位是不是正常，行程开关是不是紧固，如有不符，应及时处理；在设备运转中，操作人员应常常查看液压体系压力是不是安稳、油温温长是不是过快、过高，是否漏油或吸空；设备中液压油每 12-18 月替换一次，以利于体系安稳作业；根据设计比，先将水和外
8、加剂加入搅拌桶搅拌，三五分钟后掺入水泥，搅拌十分钟。孔口管连接注浆管路，起动注浆泵开始注浆；待注浆压力/注浆量达到设计结束标准，将压风关闭停泵，完成单孔注浆；将孔口注浆管拆除，依次连接其他的注浆孔注浆，指导完成终孔注浆。拌和注浆材料时可掺入适量的水，再次起动注浆泵进行清洗，当注浆管流出清水后停止清泵。 4 操作要点及注意事项 4.1 打孔 先开展钻孔作业，每次按设计钻孔位置（巷两帮上下角）并排打 4 个 3m 深的钻孔，钻孔上下预留 2m 的间距。倾角向上、向下都为 30。注浆管要事先用棉布条在第一个出浆孔前端部位绕匝捆绑，布条宽度约 5cm，捆匝粗度略小于打孔直径。当钻杆拔出注浆孔后，应尽快
9、放入注浆管，防止碎岩塌落堵塞注浆孔。孔口注浆管应该全部伸入孔内，管的一端伸出孔外约 10cm 的长度与注浆管连接，以确保注浆孔能够封堵严密。与此同时，拌和水泥膏要与打孔同步。水泥膏不能太稀，掺有少量早强剂，进行封孔，用细木棍将水泥膏推入放入注浆管后的注浆孔中，封孔深度 30cm40cm。 4.2 浆液拌制 事先计算搅拌机容量，先加入清水和所需外加剂进行搅拌，时间 35min。然后缓慢加入水泥，加料5过程中要把板结的水泥块调出来，防止堵塞注浆泵，不停搅拌 10min。 4.3 送浆注浆 将搅拌好的浆液通过搅拌机上的出浆管放入储浆桶内，检查管路连接状况，起动注浆泵送浆。注浆过程中，断开注浆管（胶管
10、）和铁管的连接，先快速开启注浆泵 2min 左右，待浆液全部充满注浆管（胶管）后，连接注浆管（胶管）和铁管，关小注浆泵调节注浆速度。每完成一次送浆，需拆卸送浆管洗泵，直至有清水流出再与送浆管连接开始下一次注浆。完成整体的注浆任务后，用清水洗泵洗管以备后用。 5 加固效果及经济效益分析 通过对注浆段和未注浆段的巷道累计变形相比，注浆段巷道围岩变形程度明显小于未注浆段围岩变形，尤其是在巷道高度变形速率上对比明显。注浆段巷道观测点高度变形速率最大为 0.12mm/d，而未注浆段观测点的高度变形速率均大于 0.2mm/d，最大为 0.425mm/d。因此，锚注加固（锚杆支护、喷浆支护、注浆加固支护的组
11、合）是一种理想的改善软破碎软煤岩巷道承载性能的措施，也可对破碎严重的纯煤、纯岩软弱巷道进行有效的支护。 根据以往平顶山天安煤业有限公司香山矿的支护费用情况，巷道采用锚网喷注浆联合支护以 500m 的支护距离、15 年的服务年限和传统支护每年维修 0.7 次计算，该注浆加固支护段可在 15 年内可以为香山矿带来的经济效益约为 509 万元。 6 结束语 随着煤矿开采深度增加，矿井围岩控制问题日益突出，围岩压力加大，巷道围岩控制难度越来越大，巷道变形、失稳已成为制约矿井高产、6高效、安全生产的重大问题。与其他支护方式相比，注浆是加固围岩的一种有效方法，往往与其他支护形式结合起来，不仅改善围岩岩性和应力分布，而且大大缩小围岩变形，减轻支护结构承受的外载压力，改善支护结构的受力情况，大幅度提高围岩稳定性。减少了巷道维修量，为煤矿井巷施工节约了很大的成本，起到了不可低估的作用。 参考文献： 1陈炎光，陆士良.中国煤矿巷道围岩控制M.徐州：中国矿业大学出版社，1994. 2张新汶.注浆技术在巷道扩修中的应用J.山东煤炭科技，2003. 3管学茂，胡曙光，丁庆军.超细水泥基注浆材料性能研究J.煤矿设计，2001.
