注浆支护技术在应力区破碎顶板中的应用

牛晋林

（山西焦煤霍州煤电集团同安煤业有限责任公司，山西 吕梁 033500）

引言

巷道在掘进过程中受施工工艺、煤层赋存、地质条件等影响，巷道顶板出现破碎现象，巷道顶板一旦破碎后不仅破坏了顶板整体承载梁结构，降低了顶板整体稳定性，而且顶板破碎后产生高密度裂隙，随着应力加大，裂隙不断扩张延伸[1]，在高密度裂隙顶板中采用单一的锚杆（索）支护时，钻孔施工难度大、塌孔现象严重，而且锚杆（索）锚固失效现象严重，降低了锚杆（索）支护拱和支护梁作用，所以裂隙破碎顶板进行二次重组，对提高巷道支护质量具有重要意义。本文以同安煤矿回风巷为例，同安煤矿为了提高巷道顶板永久支护质量，及实现破碎岩体二次重组作用，决定对巷道破碎顶板采取注浆加固技术。

1 同安煤矿总回风巷概况

同安煤矿总回风巷北接回风立井马头门总回巷开口，该巷南部42.72 m为4号层回风大巷（未掘），西部、东部为实体区。

总回风大巷与回风立井马头门连接，以方位角180°开口位置沿4号煤层顶板下山施工至回风大巷，沿煤层顶板施工，平均坡度-5°。巷道设计掘进水平距离42.72 m，矩形断面，采用锚网索喷+W型钢带支护，掘进宽度5 200 mm，掘进高度为4 600 mm。

总回风巷采用采用锚网索喷+W型钢带+喷浆联合支护；顶板采用MSGLW-400/22×2 400 mm左旋无纵肋螺纹钢锚杆，间距900 mm，排距900 mm，锚固剂为两支药卷，一支为MSK2335，一支为MSZ2360，锚固力不低于152 kN，预紧力不低于330 N·m。

总回风采用综合机械化掘进工艺，截至目前巷道已掘进540 m，巷道掘进至535 m处揭露一条F3正断层，断层落差为1.8 m，倾角为52°，受断层影响，在断层附近岩体出现裂隙、破碎现象，局部区域出现垮落，导致原巷道顶板支护效果差，无法满足巷道顶板支护要求。

2 注浆加固技术

2.1 注浆加固技术原理

通过对破碎围岩施工注浆钻孔，并高压注入化学注浆材料如马丽散、聚氨酯等，注浆材料在高压作用下渗入细小裂隙内凝固后，对破碎煤岩体进行粘接填充，既阻止了围岩裂隙范围进一步扩大，又提高了围岩整体稳定性，从而保证了锚杆（索）支护质量[2]。

2.2 注浆材料选取

1）通过技术研究可选取的抓紧材料主要由水泥与水玻璃混合液、马丽散与催化剂混合液以及聚氨酯材料等；通过对比分析发现，水泥与水玻璃混合液成本费用相对较低，取材方便，但是该注浆材料渗透效果差，最大渗透半径为1.2 m，注浆材料凝固时间达5~8 h，且凝固体成脆性，粘接效果差[3]；聚氨酯化学材料粘接效果好，渗透能力强，但是该化学材料成本费用高，注浆后在凝固期间产生放热反应，不利于煤层自燃性高或通过不畅的采掘工作面。

2）通过对比分析总回风破碎顶板注浆液决定采用马丽散注浆材料，该材料成本费用相对较低，渗透能力强，粘接效果好，而且注浆材料凝固后形成凝固体具有较强的韧性，适应围岩蠕动变形现象[4]。

2.3 注浆钻孔布置

1）总回风掘进至540 m处时对顶板开始施工注浆钻孔，钻孔施工在煤壁上，每排布置三个注浆钻孔，钻孔距顶板距离为1.2 m，钻孔深度为5.0 m，钻孔仰角为45°钻孔终孔位置位于顶板2.0 m以上。

2）三个注浆钻孔间距为1.5 m，其中中部钻孔（1号钻孔）水平角为0°，两帮钻孔（2号、3号钻孔）钻孔水平角为30°；钻孔施工完后需对钻孔孔口处进行封孔处理[5]。

2.4 钻孔封孔施工

1）为了提高注浆效果，学对仰斜注浆钻孔进行封孔处理，首先对钻孔进行扩孔施工[6]，扩孔深度为1.0 m，扩孔后钻孔直径为108 mm。

2）钻孔扩孔完成后对扩孔段安装一根长度1.0 m，直径为100 mm的套管，套管与孔壁之间采用膨胀水泥进行封堵[7]，在套管外端安装法兰盘和截止阀，如图1所示。

图1 注浆钻孔封孔及孔口管安装平面示意图

3）在套管里端头采用卡缆固定注浆花管，注浆花管长度为2.0 m，花管直径为45 mm，花管四周布置若干个直径为15 mm的注浆射孔。

2.5 注浆施工

注浆钻孔封孔完成后将注浆管与孔口截止阀进行连接，注浆管另一端与专用注浆泵进行连接[8]，如图2所示；注浆时注浆压力控制在1.2~2.0 MPa，单孔注浆量为40 kg，注浆时间不得低于15 min。

图2 注浆施工平面示意图

3 实际应用效果分析

2020年3月21日开始对总回风巷顶板施工注浆钻孔，并进行注浆施工，截止28日，巷道已完全过断层应力区，共计施工5排注浆钻孔，注浆量为600 kg马丽散注浆液，注浆施工完成后巷道在后期掘进过程中，巷道顶板未出现破碎、离层现象，顶板整体稳定性相对较好；注浆完成后对顶板施工锚杆（索）支护时，支护锚固效果好，锚杆（索）失效率降低至2%以下，有效控制了应力区顶板失稳现象。

4 结语

山西焦煤霍州煤电集团同安煤业有限责任公司通过技术研究，对总回风巷过F3断层应力区期间，顶板出现破碎、下沉现象，提出了注浆支护技术，通过实际应用效果来看，注浆施工工序相对简单、注浆施工速度快，注浆后可对破碎围岩进行二次重组，提高了破碎围岩整体稳定性，降低了顶板在应力作用下出现下沉、离层现象，保证了巷道安全快速掘进。