煤矿井下破碎围岩注浆加固技术研究

何希兴

甘肃万胜矿业有限公司 甘肃庆阳 745700

1 围岩注浆加固理论及材料的选择

1.1 围岩注浆加固机理

注浆改性技术是提高碎裂岩体完整性和稳定性的有效途径。在破碎煤岩体中注入浆液，浆液沿着缝隙流动，凝结后在散体中形成网络骨架，通过注浆可改变散体结构的力学性态，通过其黏结作用，将破碎围岩作用成为一个整体的受力结构，与其他支护构件形成共同的承载体，进而提高破碎围岩的强度和承载能力。其作用机理主要表现在以下几个方面：

（1）增强围岩承载能力。浆液在注浆压力的作用下，在破碎围岩内流动并形成脉状骨架，与破碎围岩的相互作用，充填破碎围岩的裂隙空间，将破碎围岩形成统一的整体，提高黏聚力和内摩擦角，进而提升其承载能力[1]。

（2）转变围岩的受力变形破坏机理。围岩破碎时，岩体处于二向受力状态，当采用浆体加固之后，充实的破碎围岩受力状态也将转变为三向受力状态。三向受力的岩体强度得到一定的提高，更有利于围岩的稳定。

（3）注浆改善锚杆受力状态。对于破碎围岩，浆体使其承载能力得到增强，同时与锚杆作用为统一的整体结构，充分发挥锚杆的锚固作用，两者共同作用，提高围岩的稳定性[2]。

为了达到最佳的加固效果，首先要选择合适的注浆材料，其次要根据实际的注浆范围和浆体性质设计合理的注浆压力和注浆时间。对于注浆加固目前比较成熟的理论为渗透注浆法理论。不同性质的浆体通过破碎围岩的裂隙进入围岩深处，与破碎围岩相互作用，将其黏结为统一的整体结构，达到加固围岩的目的。根据浆液的扩散形式，渗透注浆法理论分为球形和柱形2 种扩散理论，

1.2 注浆材料的选择

注浆材料的力学性能必须满足回撤通道支护和维护顶板及煤壁稳定性的要求。结合现场条件、施工工艺等因素，注浆材料也必须满足以下条件：①强度配比易于调节，有较好的流动性；②凝结时间适中，且凝结后易于采煤机的截割；③材料易于购买，便于井下施工。

2 注浆加固技术要点探讨

2.1 钻孔设计依据

①围岩浅层和深层划分。采用围岩松动圈测试和钻孔窥视相结合方式，确定围岩破坏范围和裂隙发育情况，将围岩划分为浅层和深层，浅层一般0-4m，深层一般4-12m；②确定浆液扩散半径。先进行浆液扩散半径试验，以浅层钻孔为例，先布置至少3 个浅孔，间隔5m-10m，进行注浆，分别记录不同注浆压力下漏浆距离，最后进行汇总分析，得出注浆压力与扩散半径关系；③钻孔设计。根据划分的浅层和深层，确定浅层和深层的钻孔深度，根据浆液扩散半径，分别确定浅层和深层钻孔的间排距[3]。

2.2 注浆材料

①浅层注浆材料。浅层裂隙发育程度高，漏浆严重，注浆材料应满足快速凝固，快速封堵漏浆。②深层注浆材料。深层裂隙不发育，贯通性差，注浆材料应满足超细、流动性好、高强度，能够使浆液在裂隙中充分扩散，填充微小裂隙[4]。

2.3 注浆压力设计

①根据钻孔间排距。浆液扩散半径与注浆压力密切相关，在钻孔间排距确定的情况下，必须根据注浆压力与浆液扩散半径之间关系，满足浆液的充分扩散，相邻钻孔扩散半径相互交叉，所有钻孔联合扩散范围必须覆盖整个巷帮，注浆压力设计应略大于满足整个巷帮扩散所需的注浆压力；②根据巷帮鼓出情况。注浆初始阶段，浆液充填已有裂隙，巷帮基本不发生变化，当注浆压力逐渐升高，浆液会挤压煤体或者张开裂隙，使巷帮发生轻微鼓出，软煤注浆巷帮鼓出尤为普遍，巷帮轻微鼓出属正常现象，但不应超过100mm，超过时应减小注浆压力或停止注浆；③建议值。一般浅层注浆孔口终压1-6MPa，深层注浆孔口终压4-10MPa。

2.4 最佳注浆时机

①静压巷道。对于不受动压影响的巷道，如矿井主要大巷，裂隙发育程度变化缓慢，对已形成裂隙，可以经过分析，直接进行浅层和深层注浆，不存在最佳注浆时机问题；②动压影响巷道。如工作面复用顺槽、离采面较近的盘区集中巷，其裂隙发育随工作面回采动压影响而变化，裂隙发育经历未受采动影响阶段、初始张开阶段、剧烈发展阶段、稳定阶段[5]。大量的理论研究和工程实践表明，在未受采动影响阶段，裂隙发育程度低，可注性差，注浆压力高而注浆量极小，注浆后受动压影响，裂隙重新张开，注浆效果较差；而在剧烈发展阶段，注浆过程中新的裂隙不断产生，注浆量较大，虽能抵抗一定的巷道变形破坏，但巷帮内仍然存在较多裂隙，影响巷道后期稳定；在稳定阶段，大量裂隙已经生成，注浆量极大，但是由于巷帮变形量大，原始锚杆索支护大量破坏，巷帮已经丧失大部分承载能力，新补锚杆索锚固力下降，即使注浆也难以保证后期巷帮稳定，并且需要消耗大量的注浆材料。因此认为，裂隙初始张开阶段为最佳注浆时机，此时巷道有一定变形，压力适当释放，裂隙贯通性增强，可以显著提高注浆量，同时，巷帮围岩结构仍较为完整，注浆后及时进行锚杆索补强，控制巷帮位移，能够起到良好的注浆效果，并能大幅节约注浆材料使用。

3 结语

围岩破碎巷道修复前进行注浆加固，对施工的安全具有积极意义，提高了修复施工的安全可靠程度。目前破碎围岩注浆加固已经发展成为一种安全高效的围岩加固方法。为了达到最佳的注浆效果，需要综合考虑现场实际的围岩条件、注浆材料、注浆压力等。注浆加固综合治理后，巷道围岩形成了一个良好的整体塑性承载结构，承载能力得到了较大的提升。