寺河矿叠加应力区复用巷道注浆加固技术研究

马晋元

（山西晋煤集团寺河矿，山西 晋城 048000）

山西晋煤集团寺河矿为高瓦斯千万吨级大型矿井，为满足通风需求，工作面多采用“三进两回”的多巷布置，造成巷道掘进量和维护量过大，因此多采用在工作面回采结束后保留两条巷道为下一工作面服务[1]。由于工作面采高大、推进速度快，工作面顶板活动剧烈、来压较快，使得复用巷道变形破坏较为严重，影响下一工作面的安全回采[2-3]。因此，为减少巷道掘进量和返修次数，有必要对该巷道进行注浆加固治理，提高预留复用巷道的稳定性，保证工作面的安全回采[4]。

1 工程概况

W2302 工作面地面位置位于寺河工业广场以西，平均净长1251 m，倾斜平均长度221 m。工作面以南为正采掘的W2301 工作面，其中W23012 巷和W23014 巷为W2302 工作面的复用巷道（W23014巷作为W2302 工作面进风顺槽，W23012 巷作为W2302 工作面辅助进风巷）。工作面及巷道布置如图1 所示。在W2301 工作面回采过程中预留巷道受到一次采动影响，两条预留巷道出现严重滞后变形，在二次采动影响下变形将更为严重，需对该复用巷道进行治理。

图1 工作面及巷道布置

2 巷道破坏规律及注浆时机选取

考虑到复用巷道受到两次重复采动影响，需有针对性地对两个工作面回采期间进行分次注浆加固治理。为合理选择注浆时机设计及注浆加固方案，应对该叠加应力巷道的变形破坏规律进行分析。

一次采动：由于受到W2301 工作面回采过程中侧向支承压力影响，巷道滞后变形严重。据现场统计，在距切眼150～600 m 范围内，巷道变形明显，其中250～450 m 段巷道底鼓，两帮变形严重，顶板下沉。

图2 W2302 大采高工作面超前支承压力曲线

图3 W23012 巷围岩钻孔窥视图

二次采动：在W2302 工作面推进过程中，复用巷道主要受到超前支承压力的影响。在超前支承压力影响下，巷道开始变形破坏，为注浆加固提供可能。在超前支承压力区进行注浆可实现及时控制围岩破坏的目的。

因此建立数值模型，模拟W2302 工作面回采期间超前支承压力分布规律。图2 为工作面回采期间超前支承压力分布规律。从图中可以看出，超前支承压力峰值在工作面煤壁前方8 m 左右，影响范围65 m。

根据以上重复采动影响下巷道变形、破坏规律，将一次注浆时机选择在滞后W2301工作面300 m处，通过跟进W2301 工作面回采进行注浆加固，提高巷道承载能力，加强其稳定性。二次注浆时机选择在超前W2302 工作面8～65 m 处。随着工作面推进，不断超前注浆加固巷道围岩体，提高其承载能力。

3 注浆加固方案及注浆材料

3.1 注浆加固方案设计

为合理设计注浆加固方案，采用现场钻孔窥视对W23012 巷中靠近工作面一帮侧观察围岩破坏情况，钻孔窥视图像如图3 所示。可以看到围岩破坏具有明显的分区特征，围岩在0～3 m 范围内破碎严重；3.0～8.5 m 范围内，煤岩体中分布有大量的横纵贯通裂隙，岩体孔隙率高；8.5～12.0 m 范围内，煤岩体的完整性较好，裂隙发育并不严重，煤岩体仍具有一定的承载能力；在12.0 m 以外范围，煤岩体保持完整，无明显应力破坏现象。

根据巷道内部围岩破坏深度范围，应设计钻孔长度12 m。但为起到减少施工量，提高注浆效率的目的，采用深、浅孔结合的方式布置注浆钻孔，对巷帮不同区域煤体进行深、浅区域联合注浆加固。同时根据不同巷道破坏情况，在W23012 巷两帮均布置钻孔，在W23014 巷变形破坏严重区域，两帮均布置钻孔，在破坏不严重区域，仅在工作面一侧煤壁布置钻孔。钻孔布置示意图如图4 所示。

图4 钻孔布置示意图

浅孔开孔位置距巷道顶板0.6～1.0 m，钻孔长度8 m，仰角20°。深孔开孔位置距巷道底板1.5～2.0 m，钻孔深度12 m，仰角10°。钻孔沿巷道走向间距为6 m。

3.2 注浆材料

注浆加固材料性能是决定注浆加固效果的重要因素，为满足注浆加固工程时效性要求[5]，本次注浆加固材料选用联邦加固Ⅰ号注浆材料。该注浆材料由无机双组分矿粉组成，单液在6 h 内具备良好的流动性，不发生离析、泌水；混合能够在0～5 min 时间内失流，浆液扩散半径在3～6 m 之间，硬化时间在5～15 min。同时材料水灰比可调范围大，可根据不同注浆需求，调整水灰比来控制材料的失流、硬化时间以及固结体强度。不同水灰比注浆材料固结体强度见表1。

表1 联邦加固Ⅰ号双液注浆材料抗压强度

3.3 注浆工艺及参数

采用气动注浆系统，注浆过程中压力、流量无极调节，可在淋水、瓦斯条件下使用。具体注浆流程如图5 所示。

图5 注浆流程示意图

为保证注浆加固效果，注浆过程中水灰比控制在0.8～1.0:1 之间，注浆压力控制在6～8 MPa，漏浆严重时采用间歇注浆的方式适当减轻注浆压力，并适当降低水灰比，以减少浆液失流时间。

4 工程效果检验

为检验注浆效果，在W23012 巷采用“十字”布点法布置7 个测点对巷道表面位移进行监测，本文仅对1#和3#典型测点数据进行分析。两测点巷道变形曲线及移近速率如图6 所示。

图6 测点巷道表面位移曲线

从图6 中巷道移近曲线和变形速率可以看出，随着注浆加固时间的延长，顶板移近量始终大于两帮移近量，巷道的表面位移量持续增加，但后期变形速率明显放缓。这是由于在注浆加固前期，注浆加固材料强度处于逐渐上升阶段，巷道变形速率较快，随着材料强度的逐渐增长，破碎围岩的承载能力逐渐提高，巷道变形速率逐渐下降，巷道变形趋于稳定。表明该叠加应力巷道经过分次注浆加固后，巷道变形得到明显控制，能够保证工作面安全、正常回采。

5 结论

（1）通过分析复用煤巷受叠加应力影响，得出在一次采动影响下巷道变形破坏主要受工作面侧向支承压力影响，二次采动影响下巷道变形主要受下一工作面超前支承压力影响。

（2）提出对叠加应力影响巷道进行分次注浆加固工艺，根据巷道围岩破坏规律确定了注浆加固时机和范围，设计了注浆加固方案，采用高性能注浆材料对巷道进行分次注浆加固治理。

（3）复用巷道经过注浆加固后，随着注浆材料强度的增长，巷道变形得到明显控制，巷道稳定性得到明显提高，保证工作面安全回采。