壁后注浆加固技术在常村煤矿的应用

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摘要 常村煤矿21进风下山、2112泄水巷石门和110车场等巷道由于受采动影响，巷道的围岩裂隙极为发育，在承受支承压力的叠加作用下，极易破碎，形成了松动圈，使巷道冒顶、片帮、底鼓现象频繁。针对这一情况，松动圈锚网（锚索）—喷浆—壁后注浆联合支护的加固技术是解决着一问题的有效手段。壁后围岩注浆的的实质是向存在大量裂隙的松软破碎岩体中注入能够渗入裂隙、并在裂隙中胶凝固化的某种浆液，将巷道周边的松动圈岩体重新胶结成高强度的注浆壳，从而提高围岩体及巷道的稳定性。

关键词裂隙；松动圈；注浆；锚网支护

中图分类号：O741+.2文献标识码：A 文章编号：

大有能源公司常村矿位于河南省义马市东南部，井田面积为13.63km2。1958年建矿，经过三次改扩建后，现设计生产能力达到180万t/a。常村煤矿为斜井多水平上下山开拓方式，现最大采深近700m，主采煤层为2-1煤和2-3煤，煤层底板自下而上依次为底砾岩、砂岩、泥岩、灰质泥岩、伪顶为细砂岩、直接顶多为泥岩、老顶为泥岩。其中泥岩、炭质泥岩强度较弱，抗风化、抗水能力差，遇水后易膨胀、流变，造成巷道变形加快。

常村煤矿21区进风下山、2112泄水巷石门和110车场等巷道由于因长期受单一盘区采动应力叠加影响，巷道压力大、变形快、失修严重，经反复多次扩修。巷道围岩松动圈较大，顶板冒落高度达3～4m；巷道两帮片帮较宽，巷道总宽度达8m左右，巷道断面大，周围围岩不稳定，巷道的围岩裂隙极为发育，在承受支承压力的叠加作用下，极易破碎，形成了松动圈，使巷道冒顶、片帮、底鼓现象频繁。由于松动圈内岩体的非线性体积膨胀变形，对巷道支护结构产生巨大的变形压力并迫使巷道产生较大的收敛变形。围岩松动圈范围越大，巷道的收敛变形就越严重，巷道支护的难度就愈大，巷道的部分松软围岩在集中应力的作用下，松动圈的深度达到2.5m以上，有的甚至高达5~6m。这种情况下，巷道顶底及两帮的移近量可达700mm~800mm，有的甚至高达1200mm以上，这样大的巷道收缩量及相应的围岩变形压力对该巷道的普通支护结构形式来讲是难以承受的。

巷道先后采用了锚网（索）喷、架36U（25U、29U）型钢拱型支架以及锚网喷架联合支护等多种支护方式，都难以控制巷道变形，严重影响了矿井的安全生产。且巷道采用锚网（索）喷、支架U型钢拱型支架，施工掘进和修护工期较长、材料费用投入较高、工人劳动强度大、断面利用率较低、维修任务重。

针对这一情况，我们采用了松动圈锚网（锚索）—喷浆—壁后注浆联合支护的加固技术，并取得了很好的效果和经济效益。壁后围岩注浆的实质是向存在大量裂隙的松软破碎岩体中注入能够渗入裂隙、并在裂隙中胶凝固化的某种浆液（常村矿以水泥浆为主），将巷道周边的松动圈岩体重新胶结成高强度的注浆壳，从而提高围岩体及巷道的稳定性。

壁后注浆的主要作用有：

（1） 加大弱面上的摩擦力，相当于提高松动圈内围岩体的粘聚力和内摩擦力，增大岩块内相对位移的阻力，从而提高围岩的整体稳定性。

（2） 浆液在裂隙中充填、固结后封闭裂隙，阻止水沁入岩体对围岩的弱化作用，也阻止了围岩的进一步风化。

（3） 对破碎松散岩体，由于浆液在裂隙中的胶结作用，使破碎岩体重新胶结成整体，形成一个可以承受外载的注浆壳，使之与U型棚支架的共同承载，充分发挥了围岩的自稳能力。

2008年1月起，常村煤矿在21进风下山及110车场的巷道修护中采用了该种联合支护和注浆的技术，取得了显著的效果。

一、注浆材料的选择：

水泥。是浆液的结构生成结合剂，水泥颗粒的水化作用使得浆液具有一定的结构强度。目前常村煤矿使用的525#水泥最大粒度为0.085mm，由于常村煤矿的松动圈裂隙大、深，且525#水泥的凝结时间长，注浆时浆液沿裂隙向远处扩散。这样，有充分的浆液扩散于松动圈的每个裂隙中，达到加固围岩的效果。因此，注浆时选用525#水泥。

二、注浆工艺流程：

巷道围岩注浆加固质量的好坏在很大程度上取决于注浆施工工艺。由于常村煤矿的注浆巷道先进行过刷帮（挑顶）及锚杆（锚索）、喷浆支护，采用的是深孔注浆。因此，注浆工艺采用较为简单的、便于操作的单浆液注浆，注浆工艺主要包括：钻孔、预埋注浆管、封闭表面裂隙（喷浆）、注浆、封孔、清洗管路及设备。

（1） 钻孔及孔深：采用ø32mm的钻头，用风钻或锚杆机钻孔，钻孔后孔径通常为40~60mm；孔深主要是根据巷道的松动圈深度而定，一般选取的加固深度与松动圈深度大体相当。如果松动圈深度较深，而围岩破碎（如2112石门），打深孔较为困难，则可采取由浅入深分段打眼、分段注浆固结的方法，每段注浆深度可不超过2m。

（2） 预埋注浆管：在修复过程中，提前根据设计将注浆管放置到松动圈内。

（3） 封闭表面裂隙：巷道表面裂隙采用喷浆方法封闭，砂、水的配比为1：2，速凝剂为全部材料的3%，喷浆厚度不小于200mm，喷浆后强度达到C20。

（4） 注浆：当喷浆结束并凝固后，达到封孔强度即可注浆，注浆顺序为先帮后顶。为防止注浆孔内浆液的强度与时具增的约束性，采用跳排注浆的方式进行。

（5） 封孔：当注完每个孔后要及时封孔以防浆液泄露。当孔口安装有阀门时只需要关闭阀门即可，若没有安装孔口阀门时，则需要用木塞封孔，封孔前压入少量清水，以迫使浆液完全进入松动圈裂隙，注浆效果采用打检查孔钻取岩芯的方法进行检验。

（6） 管路及设备清洗：拆开阀室及上下阀盖，取出阀座、阀罩、阀球等，拆下缸盖及注浆缸，清洗干净水泥和污垢，然后涂上防锈油组装好备用。

注浆机操作工序：

（一）注浆前准备：

（1）依次接好吸浆管、出水管、混合器、压力表后，吸入清水试运转，检查管路是否畅通，只有注浆机正常方可注浆，注浆前必须放出管路内的清水

（2）必须将浆液搅拌均匀后方可注浆。

（3）注浆管封孔长度不得小于200mm，确保封孔质量。

（二）注浆工序：

（1） 开机后打开混合器的注浆阀门，关闭放浆阀门，试注水1分钟以上。

（2） 待试运转正常后，迅速将吸浆龙头放入浆液捅内，同时打开放浆阀门，关闭注浆阀门，观察浆液情况。

（3） 将注浆管与注浆孔接通后，打开注浆阀门开始注浆。

（4） 当每个注浆孔达到注浆结束标准、因故停泵或全部注浆完毕后，都必须清洗注浆泵，在试运转1分钟，最后切断电源关机。

三、注浆管的布置

为提高注浆效果，应根据围岩破坏情况，选择围岩破碎部分作为注浆加固的区域。

1、 注浆管的设计：注浆管规格为Ø22mm×3000mm，采用4′钢管制作，杆体上钻Ø6mm注浆孔（呈三花状布置，孔距300mm—400mm）。

2、 注浆管间排距：由于对该段巷道注浆过程中发现注浆漏液点是在注浆孔1m左右，最大可达1.5m。通过对注浆漏液点的观察，确定浆液扩散半径为1m，故注浆管间排距选择浆液扩散能达到的1600×1600mm。

3、 注浆压力及注浆量：

（5） 注浆压力：由于注浆压力受松动圈围岩特性、注浆性能、注浆方式等影响，若注浆压力过小，浆液难以向围岩裂隙中扩散，达不到预期的注浆效果；若压力过大，则会导致在注浆过程中巷道表层出现冒顶、片帮及开裂现象。由于采用的是深层注浆，深层的裂隙发育不是很成熟，故注浆终压定为4MPa。