新型注浆设备、材料及工艺在赵庄矿的应用

郭永亮

（晋煤集团晟泰能源投资有限公司，山西 晋城 048006）

随着煤炭产量逐年提高，晋煤集团赵庄煤业采掘衔接变得十分紧张，加之采动影响大、地质条件复杂等因素的影响，巷道失修率高。尤其是大巷运输巷道1103巷受1308工作面回采影响，矿压显现剧烈，顶板的周期来压对巷道围岩稳定性影响很大，导致这些巷道底鼓和两帮变形严重，难以满足基本的运输使用要求。1103运输大巷煤柱内节理和裂隙发育严重、煤体破碎，常规的巷修措施难以保证巷道的变形稳定，甚至需要每年都进行起底扩帮工作，刚巷修结束巷道又已经丧失基本功能，不仅加重了赵庄矿采掘衔接运输紧张的问题，还增加了很多不必要的工程量，造成了经济上的极大浪费。

注浆加固技术以其原位加固的特点，在显著提高破碎体的完整性的同时可不同程度地提高破碎体的承载能力，因而注浆加固在我国已普遍应用于软弱破碎岩土工程加固，并形成了较完善的设备、材料与工艺体系，取得了显著的效果。因此决定对1103巷进行注浆加固。

1 注浆工程实施

1.1 工程概况

1103巷是一盘区辅助运输大巷，巷内目前矿压显现剧烈，需要及时采取措施进行加固补强。加固采用浅孔注浆作业，在煤壁浅层形成止浆层，具体要在巷帮施工浅孔，进行低压、小流量注浆，确保浆液能够充分扩散。

1.2 浅孔注浆施工

（1）3.0m钻孔布置方式

在巷道完成喷浆后，首先施工3.0m注浆孔，注浆孔 Φ42mm，孔深3.0m。注浆孔采用“矩形”布置，每排3个，间距1.25m，排距3.0m，开孔高度1.0m，下排孔和中排孔水平角和垂直角均为0°，上排孔水平角为0°，垂直角为5°。注浆孔布置如图1、图2所示，注浆孔参数如表1。

（2）10m注浆孔布置方式

在完成3.0m注浆孔注浆后，施工10m注浆孔，注浆孔 Φ42mm，孔深10m。注浆孔采用“矩形”布置于3.0m注浆孔中间，每排3个，间距1.25m，排距3.0m，开孔高度1.0m，下排孔和中排孔水平角和垂直角均为0°，上排孔水平角为0°，垂直角为5°。注浆孔布置如图3、图4所示，注浆孔参数如表2。

图1 注浆孔平面布置示意图 （单位：mm）

图2 注浆孔剖视图 （单位：mm）

表1 注浆孔施工参数

图3 注浆孔平面布置示意图 （单位：mm）

图4 注浆孔剖视图 （单位：mm）

表2 注浆孔施工参数

1.3 浅孔注浆钻孔插管及封孔

钻孔施工后为了防止塌孔，需要立即对钻孔插管作业，内侧4m采用PE管（PVC管），外侧4m采用6分钢管，钢管两端均需套丝扣，在钢管外侧缠绕铁丝并进行点焊，并在内侧钢管缠绕棉纱，内侧钢管需打孔与PE管（PVC管）连接，封孔时在钻孔旁边插一根6分钢管，作为灌注封孔的导流管，封孔方法如图5所示。封孔长度为3～4m，根据现场注浆情况，如漏浆较轻时可以减少封孔长度，较大时可以适当增加封孔长度。

图5 注浆管示意图

1.4 注浆材料特点及性能

使用晋煤集团技术研究院研发的联邦加固Ⅰ号（双液）注浆材料，使用水灰比0.8:1。

该材料是一种新型双液无机注浆材料，组成材料全部为无机矿粉，具备不自燃、无毒、无腐蚀、无污染特性，是完全环保型注浆材料，是一种快凝、早强型注浆材料，同时也具备较强的可注性，较适合巷道破碎围岩、采掘工作面注浆加固需要。

联邦加固Ⅰ号双液材料性能主要表现为快凝、早强、高渗透性、结石率高等特性，凝结时间和胶结强度可调。具体如下：

（1）两种浆液在混合前，6h内浆液不凝固、不泌水、不沉淀；

（2）两种浆液混合后，0～5min失去流动性，5～15min完全固化；

（3）1h煤体固结抗压强度5.2～5.8MPa，抗剪强度1.3～1.7MPa；4h煤体固结抗压强度8.5～10.1MPa，抗剪强度 1.6～1.9MPa；8h煤体固结抗压强度11.8～12.9MPa，抗剪强度2.5～2.8MPa；粘结强度2MPa以上；

（4）浆液在0.5～2:1水灰比下浆体结石率可达100%；

（5）浆液扩散范围广，扩散半径可达3～6m，注浆加固效果好；

（6）试样2h的强度能达到8～15MPa以上，不同水灰比条件下净浆固结强度如表3所示。

表3 联邦加固Ⅰ号双液材料抗压强度对比(时间h/MPa)

1.5 注浆设备及系统特点

1103巷加固采用浅孔注浆作业，为了在煤壁浅层形成止浆层，具体要在巷帮施工浅孔，进行低压、小流量注浆，确保浆液能够充分扩散，满足注浆要求，为此专门使用2ZBQ40/11型气动注浆泵和QB200型气动搅拌桶。

2ZBQ40/11型气动注浆泵使用压缩空气作动力，可以在大淋水高瓦斯场合安全使用。可以长时间堵转而无发热问题。该泵换向机构具有气压自动定位性能，没有“自停”现象。

2ZBQ40/11泵可以无级调节排浆量、排浆压力，并具有按照预定的注浆压力自动调节泵排浆量的性能。在泵随注浆压力变化而自动调节排浆量时，双液同时排出，能自动保持两种浆液的配比不变。该泵抗杂质污染能力强，工作性能可靠。吸排浆阀组可快速拆卸，维修方便。

该泵由气动三联件、气缸、活塞杆、换向阀、浆液缸、吸排浆阀组、泵架等组成。该泵浆液部件均采用优质不锈钢材料，浆液密封采用耐腐蚀材料密封总成。该泵为双缸作用柱塞泵。其工作原理为：由空气压缩机产生的压缩空气，推动气缸内的活塞作往复运动，浆液缸的双柱塞亦同时进行往复运动，与吸排浆阀组的作用，完成浆液缸的吸、排浆工作。该泵利用工作介质（浆液、气体）传递压力信号，组成闭环自动调控性能。结构简单，使用安全可靠，无注浆超压问题。

1.6 注浆系统组成

系统有两个气动搅拌桶QB200，两个盛浆桶（可以采用铁桶加工），一台气动双液注浆泵2ZBQ40/11，以及相应的管路和混合器组成。

图6 注浆系统连接示意图

1.7 注浆工艺

（1）注浆流程

检查泵及注浆管路的连接等情况-打开输出阀门-冲开封孔器压力塞-开始注浆-暂停注浆-继续注浆-结束注浆-用清水清洗泵和注浆管路。

在注浆过程中，必须注意观察泵及巷道四周状况，当煤壁有返浆(通过多次暂停泵操作仍有浆液流出)出现时候，通过间歇注浆使已经注入煤体内的浆液硬化，泵及注浆管内的浆液不失去流动性，从而封堵漏浆裂隙。

（2）注浆参数

注浆压力：4～8MPa，注浆过程中应注意压力不可过大，防止对破碎煤帮造成进一步破坏；

注浆量：原则上注满为止，当达到注浆压力上限或者漏浆难以封堵时，停止注浆，根据经验平均单孔注浆量在8袋以上，如果过少，应重新开孔复注。

（3）防漏浆技术

当遇到漏浆情况的时候，暂停注浆泵，或调整节流阀，降低注浆速度，停泵时间不能超过2min，每2min左右开一次注浆泵，让泵的活塞往返运动5～6次，然后停止注浆泵，如此反复，直到已经注入的浆液强度封堵住漏浆裂隙为止，然后继续正常开泵注浆；当遇到裂隙比较大的漏浆通道的时候，可以用棉纱塞住漏浆通道，辅助浆液封堵漏浆通道。

另外，在现场出现漏浆严重的情况时，可以采用晋煤集团技术研究院自主研发的复合材料作为应急处理手段。

2 巷道表面位移监测分析

对于巷道而言，巷道表面位移变形量及变形速度是反映巷道变形破坏程度的最直接参数，现场观测采用最常用的“十字”测站法进行观测。

现场计划在1103大巷道内布置连续监测点，以掌握在一次采动影响下的巷道变形情况，进而绘制出工作面回采对1103巷道变形的影响曲线进行相关分析。巷道的“十字”布点法如图7所示。

图7 回采巷道对1103大巷变形规律观测测点布置

图8 巷道注浆区段与未注浆区段变形曲线图

3 注浆区段与未注浆区段对比

赵庄矿1103运输大巷随着1308工作面的回采顶板压力很大，受1308工作面超前支承压力及后方采空区侧向支承压力影响，1103大巷未注浆区段锚杆托盘变形、木托盘压裂严重，煤帮(煤柱一侧)鼓出严重，鼓出量800～1000mm。注浆区段煤壁、托盘变形明显较小。注浆区段与未注浆区段位移对比见图8。

4 结 论

赵庄煤矿使用2ZBQ40/11设备及注浆材料、工艺在1103运输大巷注浆，大大提高注浆效率，降低注浆成本，达到注浆效果，防止突发事故，为在高瓦斯矿井注浆提供了借鉴，该技术的研究开发，具有良好的社会及经济效益。