浅析注浆技术在煤矿生产中的应用
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【摘要】主要阐述双矿集团新安矿应用注浆技术进行巷道的支护加固。具有一定的推广意义。
【中图分类号】TD265.4【文献标识码】A【文章编号】1005-1074(2009)05-0256-01
随着煤矿生产的发展，采矿新技术越来越被人们认可，也越来越多地被应用到生产实践中来。采矿注浆枝术就是一种应用性极强，应用效果甚好的一种新技术。
双矿集团公司新安煤矿是一个年产量220万吨/年的青年矿井，自1984年投产以来，已经有25年的生产力史。近5年来，注浆技术被广泛应用于我矿的安全生产工程中，取得了良好的效果，下面我就注浆理论和我矿的生产实际应用情况，对注浆技术作以分析。
煤矿采掘活动过程中，在节理、层理、裂隙等结构面非常发育的破碎煤岩体中开掘巷道，围岩自稳时间短、破碎范围大、变形强烈。单独采用锚杆支护，由于围岩破碎。锚固剂与围岩黏结力小，锚固力低，锚杆力学性能不能充分发挥，很难有效控制围岩变形。此外，对于高地应力，受强烈采动影响的巷道，掘巷后围岩会产生明显的高层、滑动，原生裂隙张开，并出现新的裂纹，导致围岩松散、破碎，破坏范围大，变形剧裂。对这类巷道进行二次加固或维修时，单独采用锚杆支护也很难取行良好的支护效果。将锚固与注浆加固技术有机地结合在一起，是解决破碎围岩巷道支护的有效途径。
围岩注浆加固是利用浆液充填围岩内的裂隙，将破碎的岩体固结起来，改善围岩结构的力学性能，提高围岩整体强度，从而增加围岩自身承载能力，保持围岩稳定。下面就注浆加固原理、注浆材料，注浆参数三方面加以阐述，以便对注浆技术加以了解。
1注浆加固原理
1.1围岩注浆加固机理主要有以下3方面。
1.1.1注浆提高巷道围岩结构面的强度和刚度结构面发育的煤岩体，其强度和变形主要由结构面控制。一般情况下，结构面的强度与刚度比较低，容易发现高层滑动和张开，导致煤岩体强度降低，体积增大，引起巷道变形。加固材料可显著提高不连续面的强度和刚度，从而提高岩体的强度，增加围岩的自身承载能力。
1.1.2充填压密裂隙注浆时浆液在泵压的作用下，渗透充填一些裂隙，另外经挤压可以使一些充填不到的裂隙闭合，从而降低煤岩体的孔隙率，改善裂隙、孔隙周围的应力分布状态，提高围岩的强度。
1.1.3注浆封闭水源、隔绝空气围岩注浆可有效地封堵流水通道，防止或减轻水对围岩的软化，避免围岩强度因水的影响而大幅降底。同时，围岩注浆后封堵了裂隙，可有效地防止围岩风化。
1.2注浆材料注浆材料一般可分为悬浮液型浆材和溶液型浆材，对应的有两大类材料：一类是水泥基材料，是注浆加固应用最广的材料，另一类是高分子材料，如脲醛树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂等。此外，还开发了各种复合材料，以改善注浆材料的性能。
2注浆参数
注浆加固参数主要有注浆时间、注浆压力、注浆量、浆液扩散半径以及注浆孔的布置参数等。这些参数都不同程度影响注浆加固效果。
2.1注浆时间注浆时间有两层含义：一层是注浆过程所需要的时间，另一层是注浆与掘进进的间隔时间。关于注浆过程所需要的时间，对于裂隙、孔隙发肓的围岩，为防止浆液在巷道内泄漏，注浆时在控制注浆压力和注浆量的同时，还要控制注浆时间，注浆时间不宜过长，对于裂隙不发肓的围岩，吸浆速度较慢，浆液扩散较困难，为提高注浆效果，应在提高注浆压力的同时适当延长注浆时间。关于注浆与掘进的间隔时间，分超前注浆，同时注浆与滞后注浆。超前注浆在工作面掘进前实施，适用于围岩极破碎，工作面一堀进就会引起冒顶，片帮的条件；同进注浆是巷道一掘出就进行注浆，滞后注浆指巷道掘出一定时间后再注浆。
2.2注浆压力注浆压力是浆液在围岩中扩散的动力，它直接影响注浆加固质量和效果。注浆压力受地层条件、注浆方式和注浆材料等因素影响。注浆压力的选择应注意压力过高会引起劈裂注浆，很可能在注浆过程中导致围岩片帮、冒顶。如压力过小浆液难以向四周围岩中扩散。注浆压力主要取决于岩石渗透条件，有无压力水，要求的渗透范围大小及浆液性质等。对于水泥浆液加固，当围岩破碎严重时可选0.5MPa左右的注浆压力，比较破碎时取1MPa左右，裂隙较小时可采用1～2MPa。如果围岩强度低，应控制注浆压力不超过其抗压强度的1/3。对于渗透性差，完整性好的岩石，可以采用增密注浆孔的办法解决。
2.3注浆量由于围岩岩性，裂隙发肓程度，松动范围不同，围岩吸浆量差别很大，同时受注浆压力，注浆时间等因素影响，为了保证注浆能将裂隙充填密实，原则上应注到不吃浆为止。
2.4浆液扩散半径浆液扩散半径是确定注浆钻孔布置参数（钻孔密度、深度等）的重要依据。浆液在煤岩体裂隙中的扩散是不规则的，它随着岩层渗透系数，裂隙宽度，注浆压力，注入时间的增加而增加；随着浆液浓度等参数来控制浆液扩散范围的大小。
2.5注浆孔的布置参数注浆孔的布置参数主要指钻孔的间排距与深度。注浆间排距的选择与扩散半径密切相关，注浆孔的孔距应使两个注浆孔的扩散范围有一定交叉，应比二倍扩散半径小，取大约0.65~0.75的系数。注浆浓度应达到围岩裂隙发肓、破碎区的边缘。深部围岩裂隙不发肓，浆液不易渗透，因此过深的钻孔作用不大。
3实践应用
我矿注浆技术成功应用范例很多，下面举两个比较典型的注浆加固岩体的实例。
2003年9月，我矿负500面翼大巷过F5断层破碎带，施工全岩大巷S毛=16m2，巷宽4.5m，巷高3.8m，半圆拱型断面，坡度+5‰，在施工至F5断层破碎带时发生断层泥大量突然涌出现象，由于当时是八点班与四点班交接班，主机皮带有事故没有运行，没有造形人员伤亡事故，断层泥冲出巷道210米，断层泥淤积高度2m～3m，将工作面使用的30KW耙斗机整体向外推移150m，将巷道破坏严重，见图1。
针对这种情况，技术部门拿出果断措施，放工一个小断面岩巷绕道过该断层破碎带，断面S毛=9.0m2，架棚支护，并采用先进的注浆技术超前预注浆形成人工假顶，注浆材料使用马丽散化学材料，用人工注浆使断层泥局部固化，收到了良好的效果，成功地穿过了断层破碎带。
2008年2月，我矿负500煤仓内壁脱落片帮多处，严重威胁安全生产，通过春节检修停产期间，对仓壁打设锚索并滞后注浆，注水泥水玻璃双液浆技术固化岩体，既解决了锚索线腐烂问题，又提高了岩体的强度，效果良好。此外，我矿还经常使用注浆技术堵水，封闭采空区密闭周围的裂隙等，通过应用，掌握了适合于我矿各种岩体的注浆参数及实际操作技能，很好地促进了我矿的安全生产，注浆技术在煤矿生产中大力推广，使其发挥更大的作用。