软岩巷道围岩注浆加固中注浆参数现场应用

张永琴 贾正奎

摘要：通过现场试验，针对软岩巷道围岩注浆加固中注浆参数得选择，提出了适应于软岩巷道围岩的注浆参数。结果表明：1）采用单液水泥浆，水灰比1：1，遇到特殊异常施工情况，可采用水泥-水玻璃双液浆或化学浆;（2）注浆之前首先需利用数值模拟对拟注浆围岩进行理论分析，得出最佳注浆压力。其次，注浆时进行现场实测的手段观察巷道围岩得变化。（3）针对巷道实际情况对注浆量进行了估算，估算值与实际注浆量相当。

关健词：注浆技术;高应力;围岩;变形

随着社会与经济的高速发展，对能源的需求的也日益增长，由此带来资源的开采也不断地在向深部发展。然而在深部开采资源，受埋深的影响，深部开采与浅部开采相比其矿压显现规律会发生极大变化，如：对深部巷道围岩来说，复杂的地质条件和高地应力场，常造成巷道围岩发生严重的变形破坏，常规的支护手段无法维持巷道围岩的稳定。针对煤矿巷道破碎围岩支护方法，国内外科研工作者进行了大量的科研，目前有许多支护理论及技术，比如松动圈理论、 联合支护理论、锚索网支护技术等[1-8]，这些理论和技术的研究对保障深部开采资源时巷道围岩稳定性起到了重要作用。但是，在深部开采资源，受埋深的影响，深部开采矿压高，巷道围岩极易呈现严重破碎、围岩松散等情况时，此时再用传统围岩加固支护方法对齐进行加固，其加固的效果不理想。要想加固后的巷道围岩形成稳定的承载结构，就要结合实际情况可以采取注浆加固技术，将岩体胶结成一个整体，使岩体按照工程需求形成强度高、稳定性高和新结构体[4-12]。

本文采用现场试验的方法，研究注浆加固技术参数的选择，期望得到有益于类似矿井围岩加固工程的应用。

1工程概况及处治方法

1.1地质条件

实验矿岩性以泥岩、凝灰岩、凝灰质泥岩为主，岩性极软，且受周边F3大断层及次级断层影响，岩层受挤压情况严重，遇水垮落，致使支护难度较大。

1.2巷道变形情况

实验巷道围岩利用11#工字钢、U29型可缩性支架进行支护，但是围岩变形较大，局部范围顶板下沉量达300—400mm，两帮移近量为600—800mm，支架变形较严重，特别是支架腿子已完全脱离帮壁，无法满足后期需要。

1.3处治方法

为避免后期使用过程中频繁维修巷道，结合同类矿井支护经验，决定采用超前注浆支护方案。围岩注浆方案按照分次、多次注浆顺序进行。首先进行浅部注浆封闭，深部注浆加固的原则，注浆材料以水泥浆为主、配合水玻璃混合注浆，提高注浆加固效果。其次，注浆加固后进行扩帮维修满足巷道断面的使用要求，然后打设注浆锚索对巷道围岩进行加固，保持巷道围岩的整体完整性，保证巷道在使用期间不会发生太大的变形。

2 注浆参数的选择

2.1注浆材料的选择

目前，国内外用于注浆加固的材料种类很多，但从材料的性质上主要分两大类：颗粒型浆材和溶液型浆材。应根据注浆的目的、浆材性质、及造价等因素选择适宜的浆材及浆液配比。

典型的颗粒型硅酸盐类水泥浆材，具有结石强度高、耐久性好、材料来源丰富、工艺设备简单、成本低、注浆设备品种齐全等特点，所以在各类工程中得到广泛应用。但这种浆液容易离析和沉淀、稳定性较差，并且由于其颗粒度大，使浆液难以注入岩层的细小裂隙或孔隙中，扩散半径较小，凝结时间不易控制。适用于要求强度高，松散、离层明显的破碎体加固。

化学浆液可注性好，能注入土层中的细小裂隙或孔隙。但目前常用的化学浆液性能差异大，用于永久性工程加固的化学材料必须具有较高的结石体强度，以提高加固后的围岩抗变形能力。具备此类性能的化学材料种类有限，包括环氧类和不饱和聚酯类注浆材料，大量使用将直接导致工程成本大量增加。

本次注浆加固的目的是严格控制围岩的变形，要求注浆结石体应具有较高强度，抗变形能力强。根据注浆材料特点，结合现场围岩条件，初步确定本工程注浆加固主要采用水泥注浆材料。

正常注浆使用525#（42.5MPa）普通硅酸盐水泥，配合水泥注浆添加剂XPM配制浆液。大范围漏浆时间歇注浆或压注水泥水玻璃双液浆堵漏。

水泥浆：

添加剂配比：使用XPM添加剂，添加剂用量为水泥重量的8%～10%。

水灰比：使用XPM添加剂，水泥浆的水灰比0.8∶1～1∶1（根据现场注浆情况在小范围内调整）。

水泥-水玻璃配比：使用水泥-水玻璃双液浆时，水泥浆配比不变。水玻璃浓度48～55Be’（根据现场情况进行调整），模数M=2.8-3.2。水泥浆和水玻璃的体积比1∶0.4～1∶1。

围岩注浆加固主要采用单液水泥浆，水灰比1：1，遇到特殊异常施工情况，可采用水泥-水玻璃双液浆或化学浆，水泥-水玻璃双液浆比例为1：0.5，AB料的比例为1：1。浆液材料具体配比见表1。

2.2注浆量的确定

从保证破碎带被充填密实出发，注入的浆液应尽量保证裂隙被充填满，原则上做到不进浆为止。由于破碎带受地质构造及采动影响其围岩裂隙发育，工作面围岩岩性差异，工作面围岩吸浆量差别较大，本着既加固破碎带，达到一定扩散半径，又节省材料和注浆时间的原则，在低压浅孔注浆时，一般以注浆时返浆作为停止注浆标准，以此统计注浆量。为了获得良好的注浆加固效果必须注入足够的浆液，确保浆液有效扩散半径。注浆量往往成为注漿工程结束标准的指标，在进行注浆设计时，要想把注浆量计算得比较准确是困难的，单孔注浆量可用下式来估算：

式中： A为损耗系数，R为有效扩散半径，L为注浆段长，n为开口孔隙率，B为浆液充填系数。

实验对象运输大巷为直墙半圆拱巷道，由于采用深浅孔注水泥浆法进行围岩注浆，注浆孔孔深为7.5m，结合注浆孔布置方案得出注浆范围区域分布示意图，如图1所示。

2.3注浆压力的确定

进行围岩加固注浆时，注浆压力的大小对围岩最终强度有较大影响。压力太小就不能平衡围岩压力反而导致围岩地层变形甚至会产生“劈裂现象”造成围岩垮塌因此，注浆之前首先需利用数值模拟对拟注浆围岩进行理论分析，得出最佳注浆压力。其次，注浆时进行现场实测的手段观察巷道围岩得变化。

3效果

根据注浆参数的优选施工，现场注浆没有发生围岩二次变形得现象，说明该注浆参数选择合理能达到预期效果。

4结论

通过对注浆材料的选择、注浆时注浆量、注浆压力等参数的确定，注浆时没有出现围岩垮塌等失稳想象。

参考文献：

[1] 安晓鹏. 水泥基材料性能的电化学研究[D].长沙：湖南大学，2012.

[2] 采动覆岩应力变化规律分析[J]. 孙志强. 能源与环保. 2019（09）.

基金项目：重庆工程职业技术学院自主课题重点项目（项目号：KJA201802）

作者简介：张永琴（1978-），女，博士研究生，讲师，主要从事岩石力学与工程研究、安全与职业健康研究方面的工作。