赵庄矿13092 复用巷道注浆加固技术研究

刘红军

（晋城宏圣金成矿山建筑工程有限责任公司，山西 晋城 048000）

赵庄矿大采高工作面采用“两进一回”方式布置巷道，留下一条巷道为下一工作面复用。复用巷道受工作面回采后顶板垮落影响，出现严重的持续变形现象，严重影响采掘衔接且存在安全隐患。

1 概况

13092 巷为1309 工作面回风顺槽[1]，全长约2879 m，煤层厚度为4.85 m。直接顶为3.7 m 厚砂质泥岩，基本顶为0.65 m 厚细粒砂岩，直接底为1.1 m 厚细粒砂岩，基本底为3.5 m 厚砂质泥岩[2]。巷道为矩形断面，沿顶掘进，留有底煤，掘进宽度为5000 mm，高为4500 mm，采用锚索、菱形网、钢筋托梁、锚杆联合支护。13092 巷为1309 和1310两个工作面服务，为了确保留巷效果，满足1310工作面回采时的使用要求，需对13092 巷开展注浆加固技术研究，提高围岩整体强度，控制巷道变形量。13092 巷与工作面位置关系如图1。

图1 巷道与工作面位置关系

2 复用巷道两次采动变形规律实测研究

为得到复用巷道受采动影响的变形规律，为复用巷道注浆加固设计提供参考，在相邻1308 工作面13084 复用巷道切眼前方300 m 位置起，向外布置巷道表面位移综合测站。观测分两个时期，一次采动为第一个工作面（1308 工作面）回采影响期间，观测范围为工作面前方100 m至工作面后方1000 m；二次采动为第二个工作面（1309 工作面）回采超前影响期间。根据经验，进入工作面前方80 m 以内才出现明显变形，因此观测范围确定为工作面前方0～100 m。通过两个时期的观测，掌握未注浆情况下复用巷道受两次采动影响变形情况。

2.1 一次采动变形规律分析

一次采动影响下，两帮移近量和移近速度与工作面位置关系如图2。

图2 一次采动两帮移近量和移近速度与工作面位置关系

由图2 可以看出，距离工作面100～-200 m 区域，巷道两帮变形较小，平均移近量228 mm，平均占比11.6%，平均变形速度5.3 mm/d。距离工作面-200～-700 m 区域，两帮剧烈变形，平均移近量约1441 mm，平均占比70.9%，平均变形速度20.1 mm/d，最大变形速度25～33 mm/d。距离工作面-700～-1000 m 区域，两帮变形速度下降直到逐渐稳定，平均移近量约293 mm，平均占比17.5%，平均变形速度6.8 mm/d，但变形并没有结束。

通过各个区间变形量和变形速度可以得知：距离工作面-200～-700 m 区域两帮变形量占比最大（70.9%），距离工作面-700～-1000 m区域次之（17.5%），距离工作面100～-200 m 区域最小（11.6%）。距离工作面-200～-1000 m 区域变形占比共88.4%，是重点控制区域。顶板压力稳定之后，巷道仍有较大的变形量，说明剧烈采动影响过后，围岩结构遭到严重破坏，锚杆索支护失效，巷道重新进入低强度状态，变形速度不能归零，巷道围岩迟迟不能稳定。

2.2 二次采动变形规律分析

二次采动影响下，两帮移近量和移近速度与工作面位置关系如图3。

图3 二次采动两帮移近量和移近速度与工作面位置关系

由图3 可以看出，二次回采动压影响巷道下，测点进入工作面前方100 m 以内时，开始出现明显变形，距离工作面越近变形速度越大，尤其是进入工作面前方40 m 以内时，变形速度超过30 mm/d。

2.3 煤柱侧变形量分析

进一步统计表明，一次采动影响期间，两帮累计变形量1962 mm，其中煤柱侧变化量1358 mm，占比69.2%，回采侧604 mm，占比30.8%；二次采动影响期间，两帮累计变形量670 mm，其中煤柱侧变化量453 mm，占比67.6%，回采侧217 mm，占比32.4%。充分说明，两帮变形中，煤柱侧变形量极大，为注浆加固的重点控制对象。

3 复用巷道注浆加固设计

1）煤柱侧注浆孔布置

由复用巷道变形规律分析可知，两帮变形中，煤柱侧变形量较大，为注浆加固重点区域。设计先采用4 m、8 m 浅孔注浆，再采用12 m 深孔注浆，钻孔矩形布置。

4 m 孔布置：浅孔每排3 个钻孔，上部钻孔、中部钻孔和下部钻孔在一条直线上。上部钻孔距离底板3.5 m，孔深4 m，仰角6°；中部钻孔距离底板2.5 m，孔深4 m，仰角0°；下排钻孔距离底板1.5 m，孔深4 m，仰角0°。孔径均为42 mm，同排钻孔之间间距均为2 m。

8 m 孔布置：深孔每排3 个钻孔，上部钻孔、中部钻孔和下部钻孔在一条直线上。上排钻孔距离底板3 m，孔深8 m，仰角10°；中排钻孔距离底板2 m，孔深8 m，仰角0°；下排钻孔距离底板0.5～0.8 m，孔深8 m，仰角0°。孔径均为42 mm。同排钻孔之间间距均为2 m。

4 m 孔和8 m 孔布置如图4。

图4 煤柱侧4 m、8 m 钻孔布置图（m）

12 m 孔布置：4 m、8 m 孔注完之后，进行12 m 深孔注浆，钻孔上、下排，矩形布置。下排孔开孔高度距离底板2 m，仰角0°，上排孔开孔高度距离底板3 m，仰角5°，孔深12 m，孔径42 mm。如图5。

图5 煤柱侧12 m 深孔钻孔布置图（m）

2）1310 工作面侧

只进行4 m、8 m 孔注浆加固，布置方式与煤柱侧钻孔布置方式一致。

3）注浆材料

4 m 孔、8 m 孔使用联邦加固Ⅰ号（双液）注浆材料，使用水灰比0.8:1～1:1。12 m 孔采用联邦加固Ⅰ号（单液）注浆材料[3]。

4）封孔、注浆设备

注浆和封孔均使用2ZBQ50/19 型气动注浆泵和QB200 型气动搅拌桶。

5）注浆参数

注浆时机：滞后工作面0～100 m 范围内。注浆压力：4 m 浅孔注浆压力2～4 MPa，8 m 浅孔注浆压力4～8 MPa。注浆过程中应注意压力不可过大，如煤帮出现异常，应减小注浆压力。注浆量：原则上注满为止，当达到注浆压力上限或者漏浆难以封堵时，停止注浆。根据经验浅孔平均单孔注浆量在0.1 t 以上，12 m 中深孔注浆量0.25 t 以上，如果注浆量过少，应重新开孔复注。

4 注浆加固效果分析

通过13092 巷一次采动和二次采动时注浆区域与未注浆区域变形量对比来分析复用巷道注浆加固效果。13092 巷注浆区域与未注浆区域总变形量对比见表1。

表1 注浆区域与未注浆区域变形量对比表

由表1 可以看出，一次回采影响期间（一次采动），注浆区域两帮累计移近量约561 mm，顶底板移近量约386 mm，稳定后断面剩余21.4 m2；未注浆区域两帮累计移近量约1317 mm，顶底板移近量约1197 mm，稳定后断面剩余13 m2。二次回采影响期间（二次采动），注浆区域两帮累计移近量约225 mm，顶底板移近量约265 mm，巷道断面平均18.2 m2；未注浆区域两帮累计移近量约685 mm，顶底板移近量约1065 mm，巷道断面平均9.7 m2。数据对比分析可以看出注浆加固效果显著。进一步分析表明，注浆区域两个时期顶板累计下沉量134 mm，顶板平整完好，而未注浆区域达到了916 mm，顶板破碎鼓包，下沉严重，严重影响安全使用。

5 结论

通过对复用巷道两次采动变形规律实测研究，得到了巷道受一次采动和二次采动影响的变形特征，结合复用巷道变形规律以及现场注浆施工条件，对13092 复用巷道煤柱侧和工作面侧进行了注浆设计。现场应用表明，无论是一次回采影响期间还是二次回采期间，复用巷道注浆区域变形量均远小于未注浆区域，有效控制了复用巷道的变形破坏，变形量满足二次回采期间复用巷道使用要求，为复用巷道注浆加固设计提供了参考。