注浆技术在沿空留巷围岩控制中的应用

吴胜明

【摘 要】 沿空留巷巷道受两次采动动压影响，围岩破碎，采用常规的锚网索支护方式难以控制围岩变形。文章以2905采面沿空留巷巷道围岩控制为工程背景，采用现场实测法分析巷道围岩变形及破坏特征，提出采用注浆加固方式稳定巷道围岩，并对注浆工艺进行优化。采用新型无机注浆加固材料结合优化后的注浆工艺，可以根据围岩破碎及裂隙扩展情况分段选择合适的注浆浆液水灰比及注浆压力，同时不会增加注浆工程量。现场应用表明，对沿空留巷巷道围岩注浆后，顶板下沉量在4d内趋于稳定，下沉量控制在26mm内，顶板离层量最大为2mm，有效控制了沿空留巷巷道围岩变形。

【关键词】 沿空留巷;围岩注浆;浅层注浆;深孔注浆;注浆材料

【中图分类号】 TD353 【文献标识码】 A

【文章编号】 2096-4102（2020）03-0012-03 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

1 工程概况

云泉矿2905回采工作面开采的9#煤层采高1.4m，倾角2～10°，采面平均埋深在480m，设计走向长度1306m、斜长198m。沿空留巷巷道为2905采面回风巷，由于受到DF58断层影响，部分留巷段内围岩破碎、巷道成型差、围岩应力显著增加，造成原有的巷道支护结构多处失效，顶板、巷帮锚网梁、钢带等出现不同程度的变形，顶板下沉量及巷帮移近量明显。加之受到顶板淋水影响，造成金属锚杆、锚索及护表结构锈蚀，严重时极可能会导致顶板大范围冒落。具体采面与断层位置关系见图1。

2围岩变形规律分析

对巷道注浆前对围岩变形破碎规律进行监测分析，从而为后续有针对性地开展注浆加固提供依据。巷道破碎围岩长时间受水侵蚀，围岩变形会持续发展，会严重影响巷道后期使用。因此，对巷道表层位移、深层结构以及顶板离层等情况进行监测，具体布置5个测点，1号测点位于切眼前方210m位置，临近测点间相距10m，布置情况见图1。

2.1巷道表层位移

测点观测到的巷道表层位移变形规律大致一致，具体1号测点位置处巷道表层位移监测结果见图2。

从图2中看出，顶板及巷帮变形量持续增加，由于巷道受到临近的DF58断层构造带影响，在观测的0～10d时间内，围岩变形量增长速度明显，顶板、巷帮变形量最大分别为305mm、213mm，约占巷道围岩总变形量的1/2。10d之后巷道围岩变形量增加速度有所趋缓，但是巷道围岩变形量仍未呈现稳定趋势。

2.2顶板离层

顶板离层仪布置安装深度分别为2.3m、6.3m，具体监测点2观测结果见图3。

从图3中看出，顶板离层量随着时间的推移呈现逐渐增加趋势。顶板离层裂隙仍不断地扩展，支护体系中的锚杆、锚索锚固作用将持续降低，加之顶板有淋水情况，若顶板裂隙与裂隙含水层联通会进一步弱化围岩强度，容易引起顶板冒落。因此，需要采用对巷道围岩进行注浆加固。

3注浆加固技术

在对巷道围岩进行注浆加固时，围岩岩性不同浆液在裂隙中的渗透机理有所差异。现场注浆实践也表明，若采用单一的注浆工艺，围岩注浆效果达不到预期目标;采用的注浆浆液黏度过大、注浆压力大时，容易造成注浆浆液漏失，同时深部岩层内裂隙小，浆液不能在裂隙内扩展;若采用的注浆浆液黏度低、注浆压力大，则容易以出现跑浆问题。若选用不同的黏度注浆材料进行分次注浆，则注浆过程过为繁琐。文中根据现场注浆需要，对选用的注浆材料以及注浆工艺进行改进。

3.1注浆材料

根据围岩破碎情况，注浆时选用一种新型注浆材料，该材料分为A、B组分，其中A组分材料主要为硫铝酸岩水泥，B组分材料主要为石灰及石膏。两种材料混合加水及添加剂后对围岩进行注浆加固。采用的新型注浆加固材料具有以下特性：

A、B组分材料混合前单独存放，单组分加水后形成的单液浆在6h内性能稳定，不会出现离析现象，可以满足井下长距离运输及注浆需要。

注浆浆液水灰比在2.5∶1～0.5∶1范围内可调，依据不同区域内巷道围岩注浆加固需要可以及时对水灰比进行调整。

A、B两种组分混合后可以快速凝固，凝固时间与添加剂使用量有关，在0.8∶1～0.6∶1低水灰比时，浆液的黏度大，失去流动性时间为1～1.5min，凝结固化时间为5～7min，从而可以对开放性大裂隙进行快速充填胶结;在2.8∶1～0.8∶1高水灰比时，浆液黏度低，失去流动性时间为1.5～5.0min，凝结固化时间为7.0～15.0min，注浆浆液具备较强的流动性、渗透性，适用于微小裂隙的充填加固。

注浆材料胶结固化后强度增加迅速，在120min内抗压强度即可达到10MPa以上。

3.2注浆工艺

注浆管布置。采用的注浆工艺通过采用一种注浆材料、一种注浆钻孔，通过调整注浆工艺实现深部围岩微小裂隙以及浅部围岩松动裂隙的一次性加固，从而避免常规的浅部、深部围岩分材料、分次注浆存在的注浆耗时长、效率低下等问题。因此采用的注浆管路及注浆工艺应能满足一次性对深部、浅部围岩注浆加固。

采用的注浆管应能深入到巷道围岩塑性区发育范围，从而实现注浆加固目的，注浆管路分浅部注浆段、深部注浆段两个部分，浅部注浆段注浆加固位于巷道表层围岩破碎区域并适当超过破碎区域，从而便于注浆后在破碎区域内形成注浆层;浅部注浆段以里范围采用深部注浆方式。在注浆管路上有浅部注浆口、深部注浆口两种注浆口，分别与浅部注浆管、深部注浆管连接，深孔注浆管表层部分位于浅部注浆管内，不同的注浆管路中间有隔断，具体注浆管路结构见图4。

为了便于注浆浆液扩散，在注浆管体均加工布置有射浆孔。浅部注浆结束后，采用棉纱及时封孔，待浅层孔在围岩内形成浅部止浆层后进行深孔注浆。具体的注浆管路布置见图5。

注浆系统。钻孔注浆过程中，破碎围岩内裂隙发展情况复杂，注浆量以及注浆压力过程中变化明显，注浆时对注浆泵工作性能要求较高。以压缩空气为动力的气动泵体积较小，且具备无极调控注浆流量、压力等特点，可以较好地满足破碎围岩注浆需要。同時为了便于注浆设备随注浆点变更转移，设计一套双液注浆系统，该系统主要由注浆输液管路、盛浆桶、双液注浆泵（2BZQ）、气动搅拌泵（QB260）等构成。

注浆时将A、B两个组分注浆材料按照需要水灰比分别装入到对应的QB260气动搅拌泵内，混合均匀后放至盛浆桶内，采用2BZQ双液注浆泵将A、B两种组分浆液混合均匀并与对应的注浆口连接。

由于巷道表层围岩破碎、裂隙发育，容易出现漏浆，因此浅部注浆时应选择快速失流、快速硬化材料，选择水灰比0.8∶1～0.6∶1低水灰比注浆做注浆浆液;由于深部区域内裂隙不发育，为了保证浆液扩散范围，应选择黏度低、流动性好的浆液作为注浆浆液，具体选择水灰比为1.6∶1～0.8∶1高水灰比注浆做注浆浆液。

注浆管路铺设完毕、注浆浆液制备完成后，先进行浅部注浆从而在浅部破碎围岩内形成止浆层，由于巷道表层围岩内裂隙发育，因此注浆压力选择为1～2MPa，注浆过程中若漏浆严重采用间歇注浆方式，并用纱布对漏浆处进行封堵;待浅部注浆完成后，注浆系统与深部注浆口连接，深部注浆一般采用劈裂注浆及渗透注浆，为了确保注浆效果，一般采用的注浆压力较高，本次注浆时深孔注浆压力控制在4～8MPa。

4注浆效果考察

采用布置在巷道内的测站对巷道表层及顶板离层情况进行检查，具体监测结果见图6。

从图6中看出，对沿空留巷巷道进行注浆加固后，巷道顶板下沉量由注浆前长时间不稳定快速进入到稳定阶段，注浆后顶板下沉量在26mm以内;顶板离层量注浆加固后仅增加2mm，其后再无增加，表明在巷道围岩进行注浆后可以有效充填裂隙，提升围岩稳定性，同时通过注浆后顶板淋水现象得以控制。

5总结

2905回采工作面沿空留巷巷道围岩变形量较大主要原因是由于巷道受到断层带以及采动动压影响围岩破碎，造成锚网索支护体系失稳，围岩变形量持續增加，且未呈现趋于稳定趋势。同时顶板淋水会进一步增加围岩变形。

针对巷道围岩变形特征，提出采用注浆方式提高围岩稳定性，并采用一套注浆系统即可同时进行浅部、深部注浆，从而根据围岩性质、裂隙扩展情况选择性注浆，达到控制围岩变形目的。

注浆加固后，围岩变形量在4d后趋于稳定，顶板深部岩层离层得以控制，巷道围岩内裂隙得以充填，并解决了顶板淋水问题。通过选用合适注浆材料，并革新注浆工艺，在2905回采工作面沿空留巷巷道围岩控制中取得显著应用成果。

【参考文献】

[1]李鹏伟.沿空留巷围岩变形特征与控制技术研究[J].山西能源学院学报，2020，33（1）：1-3.

[2]李爱军，李西凡.层次注浆工艺在切顶留巷围岩加固工程的应用[J].煤炭工程，2019，51（10）：50-53.

[3]程杰.浅析综放工作面沿空留巷合理注浆时机[J].煤矿现代化，2019（6）：168-170.

[4]曲孔典.考虑顶板影响下沿空留巷围岩注浆时机研究[J].内蒙古煤炭经济，2019（12）：29-32，42.

[5]张永强.沿空留巷工作面留巷巷道变形控制方法[J].山西化工，2019，39（3）：125-126，131.

[6]范德源，刘学生，谭云亮，等.深井中等稳定顶板沿空留巷锚注切顶支护技术研究[J].煤炭科学技术，2019，47（5）：107-112.

[7]李辉.综放工作面沿空留巷变形规律研究[J].山西焦煤科技，2019，43（3）：22-24，34.

[8]于宪阳，王卫军，张自政，等.深井沿空留巷大变形锚注一体控制技术[J].矿业工程研究，2017，32（3）：22-26.