成庄矿破碎围岩注浆加固工艺研究与应用

＊池国成 祁海青

（晋能控股装备制造集团成庄矿生产技术部 山西 048021）

1.实施背景

随着矿井开采不断向深部延伸，采面复用、留用巷道逐渐增多，受多次采动影响巷道压力显现明显，部分留用复用巷道锚网支护已经基本失效，只能采取起底、开帮、锚杆索补强等措施进行维护或者重新施工巷道，零星工程量成倍增大，矿井安稳运行负担越来越重，严重制约了矿井安全高效发展。

2.工程概况

2321孤岛采煤工作面位于一水平二盘区、3#煤层、标高（最高598m、最低570m）、走向长度1078.552m、倾斜长度104m、采高6.25m。23212巷为2321综放工作面新掘进风巷，该巷道距上一工作面复用巷道23192仅有15m煤柱，23213巷原为2243副巷，在2321工作面回采过程中复用作为工作面顺槽使用，工作面巷道布置情况如图1所示，受周围临近面采动及本工作面采动影响，矿山压力显现明显。

图1 2321工作面巷道布置示意图

23212巷和23213巷巷道变形严重，主要表现为巷道两帮收缩和底鼓，严重影响巷道正常使用，新掘巷道（23212巷）与复用巷道（23192巷）之间仅有15m煤柱，几乎完全破碎，煤柱在采动影响下破坏严重，影响巷道成型和掘进速度；23212巷掘出后，两帮随即发生移近变形；2321工作面回采过程中受到二次采动影响，导致巷道围岩严重变形破坏；工作面回采之前，需要在两条巷道之间施工横川，会进一步破坏煤柱，加剧巷道变形；巷道围岩严重破坏直接影响到工作面两端头的整体稳定性，工作面煤壁片帮、漏顶现象主要发生在工作面两端各15架支架范围内。因此，有必要对该巷道进行超前注浆加固，控制回采巷道变形量，保障工作面安全回采顺利进行。

3.注浆钻孔布置设计

由上述分析可知，在巷道中工作面侧布置注浆钻孔，钻孔呈“三花”布置，两排钻孔均水平布置。注浆钢管采用4节2m长的4分镀锌钢管连接，第一节为孔口管，需特殊加工，第二节为连接管，第三、四节为射浆管，管身需加工射浆孔，射浆孔直径5mm，间距200～300mm。迎头及两帮注浆使用联邦加固AB料，水灰比0.8:（1～1.1），注浆压力4～6MPa；底板注浆使用52.5普通硅酸盐水泥，水灰比（0.6～0.8）:1，以充填为主，注浆压力不宜过高，控制在4MPa以内。

4.工业性试验及效果考察分析

(1)23212巷现场注浆情况及效果考察

根据注浆方案，现场在23212巷中进行超前工作面注浆作业。由现场注浆量记录统计情况可以看出，共布置注浆钻孔504个，加固巷道长度644.1m，累计消耗注浆加固材料7704袋，192.6t，平均注浆量15.32袋/孔，单孔最大注浆量64袋。现场注浆施工情况良好，材料可注性较好，注浆加固范围较大，施工难度不大。

为了更直观的分析巷道注浆加固效果，分别在巷道420m、440m、460m、480m、500m处测站编号为1#～5#，并以测站距工作面距离为横坐标，以变形量或变形速度为纵坐标，绘制出巷道顶底板移近量及其速度变化曲线，如图2所示。

图2 注浆加固后巷道顶底板移近量及速度曲线

综合上述可知，可将注浆加固后23212巷顶底板变形规律大致划分为三个阶段：初始变形阶段、缓慢变形阶段及急速变形阶段。超前工作面注浆效果极大程度控制了巷道的变形，使工作面正常推进无需再进行再次起底，以满足回采需要。与此同时，对注浆加固后巷道两帮变形进行监测，两帮移近量及其速度变化曲线，如图3所示。

图3 注浆加固后巷道两帮移近量及速度曲线

从图3可以看出，23212巷变形量基本减少了一半，巷道注浆加固效果显著。超前工作面注浆效果极大程度控制了巷道的变形，使得工作面正常推进过程中无需再进行再次扩帮，能够满足回采需要。

(2)23213巷现场注浆情况及效果考察

在23213巷中共布置注浆钻孔269个，加固巷道长度343.1m，累计消耗注浆加固材料4104袋，102.6t，平均注浆量15.26袋/孔，单孔最大注浆量24袋。

为了更直观地分析巷道注浆加固效果，分别在巷道320m、340m、360m、380m、400m处采用巷道变形监测的“十”字测站法对注浆加固后的巷道表面位移变化情况进行监测，测站编号为1#～5#，并以测站距工作面距离为横坐标，以变形量或变形速度为纵坐标，绘制出巷道顶底板移近量及其速度变化曲线，如图4所示。

图4 注浆加固后巷道顶底板移近量及速度曲线

综合上述分析可知，①初始变形阶段，工作面前方约30m至工作面前方约90m位置处，巷道出现顶底板移近变形，随着工作面推进出现微小变形，巷道顶底板移近量最大值约为75mm，变形速度最大值约为42mm/d；②缓慢变形阶段，工作面前方约15m至工作面前方约30m位置处，巷道顶底板移近变形缓慢增长，该阶段巷道顶底板移近量最大值约为150mm，变形速度最大值约为36mm/d；③急速变形阶段，工作面位置至工作面前方15m位置处，巷道顶底板移近变形急速增长，该阶段巷道顶底板移近量最大值约为270mm，变形速度最大值约为56mm/d。

超前工作面注浆效果极大程度控制了巷道的变形，使得工作面正常推进过程中无需再进行再次起底，能够满足回采需要。与此同时，对注浆加固后的巷道两帮变形进行监测，如图5所示。

图5 注浆加固后巷道两帮移近量及速度曲线

通过图5可以看出，巷道两帮变形规律同样也可以相应的分为三个阶段：①初始变形阶段，工作面前方约30m至工作面前方约90m，该阶段巷道两帮移近量最大值约为90mm，变形速度最大值约为12mm/d；②缓慢变形阶段，工作面前方约15m至工作面前方约30m位置处，该阶段巷道变形缓慢增长，巷道两帮移近量最大值约为150mm，变形速度最大值约为36mm/d；③急速变形阶段，工作面位置至工作面前方约15m位置处，该阶段巷道变形急剧增长，巷道两帮移近量最大值约为243mm，变形速度最大值约为48mm/d。

同时，据现场工作量统计，在23212巷加固巷道长度644.1m，使用注浆材料192.6t；在23213巷加固巷道长度343.1m，使用注浆材料102.6t；总计加固巷道长度987.2m，使用注浆材料295.2t。

除此之外，开始回采后发现在局部未注浆区段工作面两端头煤壁片帮非常严重，煤壁中上部出现片帮1～2m左右，给安全生产带来严重威胁。我们对局部未注浆或注浆不到位的区段及时进行了补注，并对超前注浆后的两端头煤壁片帮情况进行了统计，通过对现场注浆前后煤壁片帮量进行观测对比可以看出，在注浆之前工作面煤壁片帮现象非常严重，片帮深度比较大，巷道变形严重，巷道断面根本无法保证工作面正常回采，必须重新进行起底扩帮；超前工作面进行注浆加固后，在观测统计范围内，工作面端头煤壁片帮频率明显减少，且片帮范围均比较小，基本分布在100～300mm范围。对比未注浆段的工作面端头煤壁片帮情况可知，注浆加固的实施达到了比较理想的效果，达到了防止煤壁片帮的要求，对工作面的正常回采提供了保障，注浆区域工作面煤壁及顶板状况明显改善，减少煤壁片帮和冒顶危害程度，巷道变形量大大减小，回采时不用再次进行起底扩帮，巷道断面满足了综采工作面安全生产的需要。

5.结束语

我们利用超前注浆、巷道缓慢变形速度、工作面推进速度时间与空间差，开展超前注浆研究，这样不仅吃浆少而且效果明显。注浆范围应选择还未发生变化的巷道，成庄矿在超前工作面90m以外区域超前注浆研究成果得以在（3311面、5308面等）多个工作面全面推广，并延伸出深孔注浆、过空巷充填、承压区构造注浆加固等多种复合工艺，为矿井安全高效生产奠定了坚实基础。