松散软煤综放面回采巷道化学注浆加固技术

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【摘 要】针对松散软煤综放面回采巷道围岩比较破碎的现状，利用化学浆对巷道围岩进行注浆加固，改善了巷道围岩的力学性质，为巷道安全快速掘进提供了有利的条件，为矿井高产高效提供了一项实用技术。

【关键词】松散软煤综放巷道；围岩加固；化学注浆

1 煤岩体化学注浆加固技术的发展现状以及固化机理

1.1 煤岩体超前化学注浆固化机理

（1）超前注浆

在煤岩体开挖之前所进行预注浆，称为超前注浆。该技术是利用预注的浆液充填和固结煤岩体的裂隙面，从而达到提高围岩体的强度的目的，能充分发挥煤体本身的承载能力，来保证巷道围岩的稳定性[1]。煤岩体超前化学注浆加固技术是一种经济高效的巷道围岩稳定技术。

（2）充填压密以及转变围岩破坏机理

通过超前注浆，浆液在一定泵压的作用下，除了将一部分较大的裂隙充满，还可将充填不到的小裂隙以及封闭裂隙压缩，甚至闭合，从而提高围岩的强度以及弹性模量[2-3]。据相关试验，若能减少围岩的孔隙率，可大幅提高强度。超前注浆固化技术就可起到提高围岩强度的作用，也可转变围岩体破坏机理。

（3）浆液固结体骨架作用

浆液在一定泵压作用下，被挤压后渗透到围岩体中，在纵横交错的裂隙中固结，形成呈网络骨架的结构。形成骨架的高分子材料抗压强度不一定高于围岩，但其固结体具备良好的粘结性以及韧性。

2 顶板超前化学注浆加固技术研究及实践

2.1 化学注浆加固材料

在6205综放面巷道顶板加固过程中，超前注浆加固使用了常用的化学浆体-矿用波雷因化学浆。

2.1.1 波雷因化学浆的技术性能

作为一种高分子聚合物，波雷因化学材料具备较好的渗透性，能够与煤岩体产生较高的粘合力，在注浆压力的作用下，可使材料渗透到微裂隙之中，充分混合后反应并膨胀凝固，形成致密结构的网络骨架，对工作面煤壁以及顶板起到高效的固结作用，其广泛应用于煤矿煤岩体加固工程。波雷因化学浆的优点有：（1）粘度低、渗透性好；（2）具有优异的粘结强度；（3）材料的凝胶体具有较好的延展性，从而能很好的适应岩层的较大变形；（4）材料反应后生成的凝胶体具有较强的机械强度；（5）材料能遇水发生膨胀反应，从而其还具有注浆堵水的效用。波雷因化学浆的技术参数见表 1。

2.1.2 波雷因注浆加固材料的作用机理

矿用波雷因注浆加固材料由体积相等的A、B两种化学材料组成，当被专用的压注设备以一定的压力将波雷因A、B两种化学材料等体积压注到破碎煤岩体之后，充分混合后的两材料会发生复杂的化学反应，生成具有一定粘结性的有机弹性体，从而改善了松散破碎煤岩体的力学性能。

2.2 化学注浆加固设备

采用风动锚杆钻机或煤电钻打眼，同时配备相应长度的钻杆以及相应的Φ42 mm 钻头。注浆和封孔均采用气动高压双液化学注浆泵（QB-12型），与注浆加固设备配套的进风管路为Φ25 mm的高压风管20 m，出浆管路规格为Φ10 mm，长度2 m、5 m、10 m各若干根，总计 40m长。采用的QB-12型气动高压注浆泵主要性能参数如表2所示。

2.3 化学注浆加固动力系统及其性能参数

根据煤体的承受能力和最小抵抗面及工作面煤体围岩条件，供风风量不低于 3 m3/min，供风压力不低于 0.5 MPa。

2.4 顶板超前化学注浆加固方法

2.4.1 注浆孔布置

根据煤岩体的具体特点和加固施工工艺，采用预先超前加固 7 m 再向前推进 4 m，预留3 m 保护帽的注浆施工方案。巷道两帮根据掘进后的围岩情况决定是否需要注浆加固。巷道前方顶部采用单排注浆孔，每个孔孔深 6 m，注浆管长 3～5 m，封孔段长 1.5～2 m（直径42 mm）。每个注浆循环掘进工作面煤壁布置 4～6 根注浆管。从工作面断面的上部开孔，孔间距为 0.7～1 m。对注浆管密度、深度和角度随时进行调整，钻孔布置示意图如图1所示。

2.4.2 注浆压力

根据断层带煤体的承受能力和最小抵抗面及工作面围岩条件，当工作面供风风量不低于3 m3/min，供风压力不低于 0.5 MPa时，注浆终压应为 10～15 MPa，扩散半径为1.1 m左右。

2.4.3 注浆量预计

（1）单孔注浆量

按下列公式计算：Q单=AЛR2HnBM/1.4

式中：A—浆液的损耗系数，取1.05；R—浆液有效扩散半径，取1.1 m；H—注浆段长度，取5 m；n—孔隙率，取0.6%；B—浆液充填系数，取0.8；1.3—平均重复注浆系数；M—浆液密度，1200 Kg/ m3。

则：Q单 =1.05×3.14×1.12×5×0.006×0.8×1200/1.3 ≈88 Kg

（2）每个注浆循环注浆量Q循环

Q循环 = Q单× N =88 Kg /孔 × 5孔=440 Kg

Wmin = W ×15=352 Kg×15=5280 Kg

每循环向前掘进4 m，则平均每米进尺需要注浆量约110 Kg。

2.4.4 施工工艺

施工工艺：标孔钻孔 检查钻孔质量安装注浆管及封孔部件封孔准备浆液开泵注浆凝固检查注浆质量验收。注浆工艺流程示意图如下图2所示：

3 结论

通过对该矿 6205 工作面回采巷道进行化学注浆加固施工，对松散体进行了有效粘结，使之成为整体，提高了围岩的力学性能和承载能力，为巷道安全快速掘进，工作面快速投产，矿井采掘顺利接替提供了有利的条件，实现了矿井高产高效，是煤矿井下巷道维护的一项非常实用的技术。

参考文献：

[1]王国际. 注浆技术理论与实践[M]. 徐州：中国矿业大学出版社，2000.

[2]杜嘉鸿，秦明武，肖荣久. 国外化学注浆教程[M].北京：水利电力出版社，1987.

作者简介：

白树源（1975.3-），男，助理工程师，山西灵石人，中国矿业大学矿业工程学院工程硕士研究生，从事矿井开采设计方面的研究。