采用注浆法保护受采动影响巷道的技术研究

祁海泽

(太原理工大学 采矿工程学院，山西　太原　030024)

·试验研究·

采用注浆法保护受采动影响巷道的技术研究

祁海泽

(太原理工大学 采矿工程学院，山西太原030024)

摘要镇城底矿22618回风巷受22620采动应力影响，回风巷侧保护煤柱出现片帮、巷道出现底鼓，导致巷道断面急剧缩小，不利于回采工作面巷道管理及维护。结合现场实际情况，在22618保护煤桩中进行注浆加固。介绍了注浆工艺，提出了注浆加固实施方案。通过煤体注浆加固，保护了煤柱整体稳定性，提高了煤柱的承载能力，避免了巷道大面积变形、底鼓现象，阻止了有害气体及采空区积水的侵入，具有推广应用价值。

关键词注浆加固；保护煤柱；动压巷道

西山煤电股份公司镇城底矿2.3#煤层南六采区22620、22618工作面相邻，中间留有保护煤柱仅20 m.22620面目前正在正常回采，22618回风巷已经掘进成型，并处在22620回采动压影响范围内。受22620采动应力影响，22618回风巷侧保护煤柱出现片帮、巷道出现底鼓，导致巷道断面急剧缩小。针对这种不利于回采工作面巷道管理及备用工作面巷道维护的状况，结合该矿现场实际情况，决定在22620工作面前方50 m开始进行注浆加固，此次试验将为未来该矿孤岛工作面的回采提供依据。22618回风巷与22620皮带巷注浆钻孔布置示意图见图1.

图1　22618回风巷与22620皮带巷注浆钻孔布置示意图

1注浆加固技术及实施原则

1.1　工艺技术简介

注浆加固技术是利用液压、气压原理，将溶剂均匀地打入到具有裂隙、层理、节理等较为破碎的结构体中，以充填、渗透和挤密的方式，将保护煤柱连成一个整体，使得保护煤柱具有高强度、抗渗性、高稳定性的完整煤体，从而提高保护煤柱的物理力学性质，使其具有整体性和高强度特性，满足保护巷道的需要。

1.2　注浆工艺和操作流程

1) 注浆工艺。

a) 保护煤柱中的注浆压力。22618回风巷保护煤柱内裂隙发育，通过溶液的注入、扩散和渗透作用，形成注浆的主要动力，增强注浆后22618保护煤柱的承载能力和堵漏效果。目前，该矿采用的化学溶剂属于真浊液，其黏度低、渗透性强、粒径小，比水泥等悬浊液所需的注浆压力要小的多。该矿选择采用的注浆机，注浆压力为8～12 MPa，能够满足22618保护煤柱的打注要求。

b) 扩散半径的确定。22618保护煤柱的注浆孔布孔间距和注浆压力是扩散半径的主要因素。受22618保护煤柱内裂隙发育影响，混合浆液在被注入煤柱中在各个方向的扩散距离并不是均匀的，注浆扩散半径与22618保护煤柱的孔隙、注浆机的注浆压力以及使用的注浆材料性能密切相关。该矿通过试验发现，高分子化学溶剂在22620与22618工作面之间的保护煤柱中扩散半径为1～1.5 m.因此，该矿采用三花眼布置注浆孔，孔间距3.0 m，使高分子溶液能够更好地扩散到保护煤柱中。

c) 22618保护煤柱内的注浆时间。22618保护煤柱中注浆，从现场注浆试验来看，从开始注浆到浆液完全扩散、渗透到保护煤柱中所需要的时间为12～22 min效果最佳，所以，该矿抓住注浆最佳时间，扩散效果也是最好的。

d) 注浆顺序。由于22620、22618工作面保护煤柱厚度为20 m,受采动影响煤柱裂隙发育，该矿决定采用间隔跳孔注浆方式，减少串浆，提高保护煤柱中注浆效果。注浆工艺示意图见图2.

图2　注浆工艺示意图

2) 注浆。

a) 提前注浆。在22620工作面推进到准备注浆位置前，提前对保护煤柱进行注浆，把松软破碎的煤体胶结成一整体，减小22620工作面在回采时产生的采动应力对22618回风巷的影响，保证22618回风巷在受到22620工作面采动影响下不出现冒顶等严重顶板事故。

b) 均匀注浆。保护煤柱上施工的注浆孔必须规律、均匀布置,使溶液在松散的煤体中能够最大限度地均匀扩散, 以达到整体加固保护煤柱的效果。

2注浆加固实施方案

2.1　注浆材料的选择

该矿根据22618保护煤柱的类型，决定选用高分子化学加固材料美固364，这种材料由两种组分组成，包括树脂和催化剂，主要用于煤岩体的加固。

技术参数见表1，2.

表1　双组分浆液性能表

表2　22618保护煤柱注浆后可达到的性能表

注：性能的测定时间为24 h

2.2　煤柱注浆加固钻孔布置及参数

22620皮带巷高2.8 m，距离22620工作面回采煤壁50 m开始加固煤柱，加固长度为10 m；22618回风巷巷高3.0 m，距离22620工作面回采煤壁55 m开始加固煤柱，加固长度为10 m，煤柱厚度为20 m.

制定以下注浆加固方案。

1) 注浆孔布置方式。

a) 注浆孔位置。

根据两巷高度，在22620巷煤柱侧距离顶板0.5 m布置1排钻孔，距离底板1.3 m布置1排钻孔；22618巷煤柱侧距离顶板0.5 m布置1排钻孔，距离底板1.2 m处布置1排钻孔，孔间距为3 m，两巷注浆孔排与排之间按三花眼布置，注浆钻孔布置示意图见图3.

图3　注浆钻孔布置示意图

b) 注浆孔参数。

注浆孔孔径42 mm，各注浆孔孔深6 m，两巷上排钻孔仰角为7°～10°，封孔深度为1.5～2 m.

c) 钻孔。

采用ZQST65型钻机钻孔，根据注浆孔参数保证注浆孔的深度及角度。

d) 注浆管路连接。

注浆孔里面全接花管，外面接注射管，再接封孔器。

2) 注浆操作步骤。

a) 22618保护煤柱设计孔位。根据巷道高度及保护煤柱的力学特性，合理确定注浆方位、孔深、孔径等基本参数。

b) 保护煤柱中注浆钻孔方式。根据该矿现场实际情况，煤体较为破碎，塌孔、堵孔严重，直接采用自钻式注浆管将钻孔和注浆一体化进行注浆加固处理。

c) 安设注射管路。在每个注浆孔中都要安设注射管和注射花管，并按照封孔深度安装封孔器，确保溶液能够均匀地打注到煤体中。

d) 连接注浆泵压风管路和注浆管路。在22618回风巷及22620皮带巷的施工现场管路连接好后必须先进行压浆试运转，并检查和确定注浆设备及管路连接安全、可靠，在压浆试运转中注意观察、控制注浆材料的混合比，保证注浆效果。

e) 正常注浆期间：在22618保护煤柱注浆期间密切观察注浆区域煤体变化，如若出现串浆、漏料现象，要及时停止注浆，并进行堵漏处理。

f) 注浆停止后：经现场观察，根据注浆机的注浆压力、注浆量与返浆情况，达到注浆要求的效果后及时确定停注，避免浪费。

g) 换孔注浆：在上一孔注浆结束后，立即换孔注浆，为防止堵塞枪头，拔注射枪前注浆机必须打开，并保证输送少许单浆液。

h) 设备的清洗：在所有注浆孔注浆完毕后，必须及时清洗设备和附件，以免混合的浆液继续反应，造成设备的损坏。注浆加固系统设备及工艺示意图见图4.

3治理效果

通过煤体注浆，有效保证了22618保护煤柱的完整性。其综合效果如下：

1—注射花管　2—封孔器　3—快速接头　4—专用注射枪　5—高压胶管　6—气动注浆泵　7—树脂　8—催化剂图4　注浆加固系统设备及工艺示意图

3.1　提高围岩体强度

通过注浆, 改变了22618保护煤柱的力学性能, 即提高了裂隙与煤体之间的整体性和摩擦力,增大了煤体内部块与块之间的相对位移的阻力,从而提高了22618保护煤柱整体稳定性，有效控制了22618回风巷的稳定，为22618工作面回采提供了有力条件。

3.2　形成承载结构

通过向22618保护煤柱内进行注浆加固, 使原本较为松散的煤体重新胶结在一起, 形成有效的承载结构, 充分发挥了保护煤柱的自然稳定能力，进而改善赋存环境，提高巷道围岩强度，形成新的承载结构对巷道围岩进行充填压密，确保22618保护煤柱能够具有足够的承载能力。

3.3　改善赋存环境

原22618保护煤柱较为破碎，通过向煤体中注浆，提高了22618保护煤柱的整体承载能力及其整体性能，保证了在22620工作面推进过程中22618回风巷不出现片帮冒顶现象。

3.4　封闭煤岩体裂隙

22618保护煤柱较为破碎的煤体通过注浆后，能够将围岩的裂隙封闭，阻止地下水和有害气体向22618回风巷侵入、渗漏，从一定程度上杜绝了瓦斯和水害事故的发生。

4结束语

镇城底矿在22618保护煤柱中进行注浆加固，有效地保护了煤柱整体稳定性，提高了煤柱的承载能力，确保了22618回风巷在受到22620工作面采动影响时不会出现巷道大面积变形、底鼓等现象，同时有效阻止了有毒有害气体、采空区积水的侵入。此次试验为动压巷道的有效治理提供了参考，具有推广应用价值。

参考文献

[1]苏培莉.裂隙煤岩体注浆加固渗流机理及其应用研究[D].西安:西安科技大学,2010.

[2]郑玉辉.裂隙岩体注浆浆液与注浆控制方法研究[D].吉林:吉林大学,2005.

[3]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,1994:15-50.

Technology Research on Using Grouting Method Protecting the Roadway Affected by Mining

QI Haize

AbstractZhenchengdi coal mine 22618 return airway impacted by 22620 mining stress，there is wall caving in the return airway protective coal pillar, there is floor heave in the roadway, leads to roadway section narrowed sharply, it is not conducive to the management of roadway in coal mining face and maintenance. Combines with actual situation at the scene, in 22618 protective coal pillar grouting reinforcement, the grouting technology is introduced in this paper, the grouting reinforcement scheme is put forward. Through coal grouting reinforcement, protect the whole stability of the coal body, improve the carrying capacity, avoid the large area deformation of roadway, the floor heave phenomenon, prevent the harmful gas and goaf water invasion, has the value of popularization and application.

Key wordsGrouting reinforcement; Protective coal pillar; Dynamic pressure roadway

中图分类号：TD353

文献标识码：B

文章编号：1672-0652(2015)12-0016-03

作者简介：祁海泽(1966—)，男，山西襄汾人，2014级太原理工大学在读硕士研究生，工程师，主要从事地下采煤方面的研究工作(E-mail)250285823@qq.com

收稿日期：2015-11-02