采用注浆技术提高破碎巷道围岩整体稳定性

李飞

摘要：介绍小回沟煤矿通过巷道围岩采用注浆提高巷道道围岩整体稳定性，注浆的目的是充填遭到破坏的巷道围岩内部裂隙，将破碎围岩进行重新组合，提高破碎围岩的承载能力，同时恢复或构成完整的岩体结构，进而形成连续的结构体。注浆加固是整个加固的基础，有利于后期补打锚杆锚索加固时锚固力的传递，大幅度提高加固质量和效果。

Abstract： This paper introduces the grouting technology in the Xiaohuigou Coal Mine to improve the overall stability of surrounding rock. The purpose of grouting is to fill the internal cracks of the surrounding rock of the roadway that has been damaged， and to recombine the broken surrounding rock to improve bearing capacity of the broken surrounding rocks， at the same time to restore or constitute a complete rock mass structure， and then form a continuous structure. Grouting reinforcement is the basis of the entire reinforcement， which is conducive to the transmission of anchoring force when reinforcing the anchor bolts in the later period， and greatly improves the quality and effectiveness of reinforcement.

关键词：巷道围岩;破坏严重;巷道围岩注浆;承载能力

Key words： surrounding rock of roadway;serious damage;grouting of roadway surrounding;bearing capacity

中图分类号：TD265 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）13-0141-03

1 工程特征

山西小回沟煤矿由于矿井埋深大、围岩条件差、地质构造发育，已掘大巷围岩破坏严重，主要表现为强烈底鼓、两帮移近和顶板下沉，巷道围岩破坏严重。大巷围岩普遍破坏深度达到3.5m以上。现场采取“刷帮、拉底、补打锚索”的方式对发生严重破坏的大巷围岩进行修复。由于巷道浅部围岩已经发生了明显的松动和破坏，围岩破碎严重，修复过程中造成巷道刷扩断面过大和局部顶板冒落（两帮片落）严重的现象，西辅运大巷多处刷扩后的宽度达到7.5m以上，超大断面巷道形成后极不利于围岩的稳定。另外，矿井4条大巷修复时相互影响明显，随着巷道浅部破碎围岩的不断刷扩，相邻大巷间的煤（岩）柱承受的支撑压力不断加大，围岩稳定难度较大。

2 巷道围岩结构观测

通过对矿井大巷修复区域进行了围岩结构观测工作。本次观测工作在矿井西大巷及2301工作面运输巷道附近区域共打设钻孔21个，其中有12个钻孔浅部围岩极其破碎，塌孔严重，造成钻孔窥视探头无法获取钻孔图像。

现场窥视塌孔状况描述：

①二采区变电所开口西30m处右帮（北帮、与变电所间19m煤柱内）：钻孔过程中，浅部1.5m范围内出现严重卡钻现象，预计严重塌孔深度1.5m;

②二采区变电所开口西30m处左帮（南帮，与运输大巷间25m煤柱内）：塌孔深度1.5m范围之内;

③二采区变电所开口东20m处左帮（南帮，与运输大巷间25m煤柱内）：塌孔深度2m;

④泵房开口东25m处右帮（北帮，与一号回风大巷间煤柱内）：塌孔深度0.5m;

⑤一号回风大巷与采区变电所交叉口向东20m处左帮（南帮，与变电所间9m煤柱内），打设3个钻孔，均严重塌孔，塌孔深度集中在1.5～2.0m之间。

⑥二号回风大巷西部尾巷联巷向东105m处右帮（北帮，与运输大巷34m煤柱内）2个钻孔塌孔，向东160m右帮（北帮）2个钻孔塌孔，塌孔深度均在1.5～2.0m之间。

⑦2031运输顺槽2301工作面运输顺槽联巷口向北60m位置处，左帮打设钻孔，钻孔在1.5m范围内出现明显卡钻，卡钻深度1.5m左右。

现场能够获得的部分围岩结构图像的钻孔窥视结果如下：

①主变电所。

②运输大巷（采区泵房附近）。

钻孔围岩结构观测结果可以看出：所测区域巷道围岩普遍破碎严重，巷道两帮破碎深度达到4m，尤其以变电所和水泵房附近围岩破碎最为明显，多数钻孔2.0m范围内围岩极其破碎;巷道顶板围岩普遍松软破碎，钻孔浅部围岩破坏深度在4～5m之间，鉆孔深部围岩虽然结构相对完整，但是存在大量细小裂隙和明显钻痕，说明深部围岩较为软弱。

3 破碎围岩注浆

破碎围岩注浆加固时，破碎围岩被注入浆液后，会将其内部裂缝进行充填，同时胶结已经开裂破坏的围岩，如此便可消除掉已经形成的围岩内部的裂隙，将围岩恢复成一个具有完整结构的连续体。随着浆液结石体不断注入到围岩中，当其强度达到一定程度后，在高应力作用下，能够有效降低围岩内部开裂造成的损失。由此可知，注浆加固是一种有效加固围岩的手段，其前提是改变破碎围岩内部结构，结果表明，其不仅具有良好的加固围岩的效果，还能够最大限度地降低围岩内部裂隙区扩容破坏的发展，且还可以增强破碎围岩的可锚性，提供充足的锚固力为锚杆锚索支护贡献力量。

4 注浆材料的选择

现阶段世界范围内注浆加固都是一种常见的措施，其材料种类繁多，从性质上划分，可将其分为两大类，分别是悬浮液型浆材和溶液型浆材。在具体的选用过程中应结合多项因素合理选择，包括注浆的目的、造价、施工技术、围岩条件等，科学确定浆材及浆液配比。

4.1 水泥基浆材 硅酸盐类水泥是一种常见的注浆材料，其特点是注浆设备品种齐全、抗渗性较好、成本较低、工艺设备简单、材料来源丰富、耐久性好、结石强度高等，因此被广泛应用在各类工程中。但同时该材料在使用过程中也存在一定弊端，包括结石率低、凝结时间不易控制、扩散半径小、浆液容易离析沉淀、浆液难以注入细小裂隙或孔隙中等。该材料的这些缺点使得其适用范围大大缩减，且加固质量也大打折扣，为能够适用更多工程，应采取有效措施改善水泥浆液的性质。一般情况下，可将普通水泥浆液分为两类，一是单液水泥浆;二是水泥—水玻璃双液浆。其中水泥—水玻璃双液浆就不存在上述结石率低、凝结时间不易控制、凝结时间长等缺点，可合理选用。需要注意的是该浆液要求在正式开始注浆前，应先进行细致的试验测定和试验，将与之相关的各项关键指标确定下来，包括水泥浆与水玻璃的体积比、水玻璃的浓度、水灰比等。

4.2 化学基浆材 化学基浆材主要指有机高分子化学注浆材料，如脲醛树脂、环氧树脂、聚氨酯等。该材料的优势是凝胶时间可调、抗渗性高、固结性能好、渗透能力强等，但不可否认该材料也同时具备诸多劣势，包括价格较贵、对环境存在一定污染、耐久性较差、结石体强度较低等。目前主要用于极破碎围岩巷道的超前加固，在巷道二次加固或维修中应用较少。

针对小回沟煤矿大巷围岩条件，确定注浆材料应以结石体强度相对较高、耐久性好、抗变形能力强的水泥基无机注浆材料为主，在局部裂隙开度较大的部位先可采用水泥—水玻璃双液浆进行浅孔注浆，封堵浅部裂隙及破碎围岩;然后再深孔高压注入水泥浆，加固深部围岩。对于服务年限较长且局部出现渗水的永久大巷和硐室，应在水泥浆液加固的基础上，注入一定的化学浆液，一方面填补水泥浆无法进入的岩石微小裂隙;另一方面起到堵水的作用，减轻服务期间水对围岩强度的影响。

5 注浆参数的确定的注意事项

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表面片帮冒顶等破坏。如压力过小浆液难以向四周围岩中扩散。因此，正确选择注浆压力及合理运用注浆压力是注浆成败的关键。一般情况下在注浆终止压力在2～3MPa。岩石完全破碎、冒落时注浆压力<0.5MPa;严重破碎情况时，注浆压力<1MPa;裂隙开裂较小可采用1～2MPa。注浆施工过程中，必须保证注浆压力，对于渗透性差的岩石，可以采用增密注浆孔的办法。根出现局部漏浆时采取相应措施，堵漏或压水后复注，漏浆严重导致停注的区域补打注浆孔。

为了防止注浆在围岩裂隙孔隙发育的巷道内浆液泄漏，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。对于裂隙、孔隙、层位不发育的围岩，吸浆速度较慢，浆液扩散较困难，为了提高注浆效果，在关注注浆压力时适当延长注浆时间。浆液在岩石裂隙中的扩散是不规则的，随着岩层渗透系数、裂隙宽度、注浆压力、注入时间的增加，浆液扩散半径而增大;随浆液浓度和粘度的增加而减小。通常以调节注浆压力、浆液注入量和浓度等参数来控制浆液扩散范围，一般要求浆液扩散半径在0.8～1.0m以上。

注浆孔沿巷道走向方向成排布置，排距2.0m，帮部孔间距2.0m、顶板孔间距2.2m，相邻注浆孔呈“三花”布置，每排布置7个/6个钻孔。注浆孔间距一般需要现场试验确定。对于巷道围岩修复类的加固性注浆，由于眼浅，压力低，孔间距一般在2～3m以内。注浆孔的间距应使相邻两个注浆孔的渗透范围有一定交叉，所以孔间距应比二倍渗透半径小，取大约0.65～0.75的系数。

采用锚杆钻机打设注浆钻孔，孔径不低于42mm。孔深7000mm。注浆深度应深于破碎区边缘进入峰后强度区较合适。注浆深度尽量深，有利于降低对注浆强度的要求，同时，此范围裂隙发育，注浆条件好，注浆所需的压力要求也低。

注浆孔角度：除巷道帮部底角注浆孔呈15°下扎角外，其余注浆钻孔均垂直巷道表面打设。

封孔、注浆方式：全部钻孔埋孔口注浆管（长度800mm的6分钢管），外接球阀，孔内下射浆管，全长一次注浆施工。射浆管为外径20mm的硬质白塑料管，每0.5m对开一组？准8～10mm的射浆口。深度7m的注浆孔配套射浆管长度6.0m。利用棉纱和水泥浆（或双液浆）封孔，封孔长度不小于600mm。

现场施工过程中，注浆深度、注浆压力、注浆孔布置等注浆参数根据现场围岩条件和浆液扩散效果确定。注浆施工时，应根据围岩条件、注浆效果、施工状况及时调整加固方案，以确保工程加固效果。

6 总结

注浆的目的是充填遭到破坏的巷道围岩内部裂隙，将破碎围岩进行重新组合，提高破碎围岩的承载能力，同时恢复或构成完整的岩体結构，进而形成连续的结构体，有利于后期锚杆锚索加固时锚固力的传递，大幅度提高加固质量和效果。也是保证加固质量的基本条件。

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