注浆技术在深井强动压软岩巷道围岩控制中的应用

李东超

摘 要：本文分析了注浆加固技术基本特点，探讨了注浆压力、注浆孔深、注浆孔间排距、注浆加固部位的确定条件，并且介绍了注浆加固技术在丁集煤矿深井强动压软岩巷道围岩控制中的实际应用。

关键词：注浆技术 深井 强动压 软岩巷道 围岩控制

中图分类号：TD263 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）02（a）-0163-01

1 注浆加固技术基本特点

淮南矿区丁集煤矿平均采深已接近800 m，属于典型的深井。实践证明，巷道注浆技术在深井强动压软岩巷道围岩控制中可以取得良好的应用效果。由于巷道注浆的有效加固区是周边的浅部岩层，在改变围岩性质方面表现成以下特点。

（1）浅部围岩的应力降低是因为巷道塑性变形的产生，它和未遭破坏的岩体应力解除不同，浅层围岩的适应力不断变小是因为岩石和它的承压力都出现了降低，在这种情况下，围岩已经属于降低区，周边环境对其的制约性也出现了降低，但是尽管这样，围岩的承压能力还是没有发生本大的变化，它的强度主要通过缝隙与缝隙之间的摩擦强度来影响，没有受到任何破坏的岩石的承压力会出现降低。

（2）宏观缝隙的普遍存在使得岩块与岩块之间的孤立不断地加大，连接不再紧密，打破了岩石之间彼此传力机制的完整性，让岩块整体的承压了处于一种随时奔溃的情况下，很快形成，巷道矿压表现为顶板下沉、两帮挤入、底鼓及全断面来压。

注浆加固技术的实施室在围岩变形尚未稳定时进行，所以注浆加固技术的主要特征是考虑围岩变形的动态影响。因而注浆参数包括与围岩破坏及变形对应的注浆深度和注浆加固体强度，以及注浆孔间排距、注浆压力等与巷道围岩裂隙渗透性能相关的注浆参数。

2 注浆压力的确定

注浆压力需要根据巷道围岩具体情况进行确定，对于新掘巷道，注浆终压一般为2 MPa，其他巷道条件要满足的原则：（1）对于岩性软弱的岩体，控制注浆压力不超过抗压强度的1/10。（2）对于渗透性差的岩体，应加密注浆孔注浆。（3）对于有明显裂隙的岩体，注浆压力不超过2 MPa。（4）对于裂隙发育严重破碎的岩体，注浆压力不要超过1 MPa。（5）对于裂隙开度较小的岩体，注浆压力一半采取1～2 MPa。

巷道围岩注浆压力差异较大，但在丁集煤矿进行巷道注浆加固时，提供的注浆压力一般低于同类注浆工程，其原因主要有两个：（1）明确提出了注浆方式，并选择合理的注浆时机在围岩渗透系数最高时开展注浆。（2）选用了高水速凝材料作注浆液，与普通水泥材料相比，低粘度良好的流动性可以大大降低注浆压力。

3 注浆加固深度和注浆孔深

注浆深度也是巷道围岩注浆的一个特殊参数注浆加固深度的确定归结为巷道围岩的破碎区范围的确定，一般可用声波测试围岩的破碎区范围或用多点位移计观测分析围岩的破碎区范围，也可以用经验公式估算裂隙发育区半径。30 d裂隙发育区半径的相对比值有如下关系：顶板（与巷道半宽比）：；两帮（与巷道半高比）：。式中：σc分别为顶板及两帮岩石的单轴抗压强度。

经验表明，一般效果明显的注浆深度不超过1.0～1.5 m，这个加固深度即可以实现巷道围岩的稳定，为保证该范围内的围岩得到有效加固，一般注浆深度设计为2.0～2.5 m，进一步加大注浆孔深作用甚微。煤矿的实际情况表明，注浆孔设计若超过2.5 m，常规施工机具也难以完成。

4 注浆孔间排距

采准巷道沿顺层布置，在沉积岩分布规律下，必有主导裂隙的延伸方向和巷道轴线呈现锐角角度，所以，巷道轴向的渗透性能一般情况下是比较高的，可以适当增大注浆孔排距。实测表明，巷道表层轴向渗透距离可以达到2.0～3.0 m，设计注浆孔距应使两个注浆孔的渗透距离有一个交叉，可以取0.65～0.75的系数，即注浆孔排距一般为1.2～2.2 m。

考虑到施工和操作方便，注浆孔排距通常为金属支架中棚距或者锚杆排距的2～3倍，注浆孔间距除了考虑裂隙的渗透性能外，还受巷道形状，围岩破碎程度等的影响，10 m2左右的巷道全断面注浆加固时一般需6～8个注浆孔。

可按如下原则根据实际情况调整：（1）关键缝隙之间的网状结构的实现状况，情况比较好的允许使用较大的间排距，反之则要加密孔间距。（2）注浆孔与关键裂缝中间的位置情况，对关键缝隙表面调控器程度高，能够缩小注浆孔口、反之需要加密。（3）适当提高注浆压力的数值、使得注浆时间加长，可以增加注浆量，减少注浆孔。

5 注浆加固部位

根据巷道煤岩体赋存状态和矿压显现，采用加固帮角控制底鼓技术，进而保护巷道稳定性。该理论为我们局部加固提供了理论依据，也已被实践所证实。

通过对帮角加固，可以有效提高围岩体整体强度，有效减弱该处巷道围岩应力的集中避免帮角破坏而引起的巷道变形。另外，帮角加固技术及工艺的实施比处理底板更加容易，所以，帮角加固技术是控制巷道稳定的关键，是巷道维护的基本规则。

因而，巷道围岩注浆部位的设计可根据巷道的重要性、维护周期等因素灵活选取，建议一般采准巷道采用加固帮角的局部注浆加固方案。

6 工程实例

丁集煤矿某工作面轨顺底抽巷顶板以砂质泥岩、泥岩为主，并且部分处于断层影响区，为使巷道顶板保持完整，对此巷道实施喷注浆加固。

当混凝土喷层稳定后，进行注浆，注浆材料可选择425#硫铝酸盐快硬水泥或化学浆液，普通水泥浆液水灰比小，凝结时间长、加固效果差。水：快硬硫铝酸盐水泥的水灰比为0.9～1。注浆超前工作面250 m进行。

注浆管规格：Φ20×2600×1.8 mm。注浆管长度2600 mm，采用外径20 mm，壁厚 1.8 mm；冷拔无缝钢管制成；沿钢管底端1600 mm长度范围内成“十”字交错开孔四组，孔径8 mm，孔距200 mm；注浆孔深3200 mm，封孔深度为800 mm，孔径42 mm，注浆压力2.5～3.0 MPa。注浆孔排距1600 mm。

施工完成后，在巷道布置了测站对围岩变形情况进行监测，从得到的数据中分析可知，采用注浆加固技术后，施工的巷道顶底板移近量只有185 mm，两帮移近量只有98 mm，较之以往同类别的巷道变形情况，顶底板移近量下降了63%以上，两帮移近量下降了80.4%，巷道变形情况得到了非常大的改善，说明注浆参数的设计是合理的。

参考文献

[1] 王崇景，卢卫东，张英峰.注浆技术在软岩巷道修复中的应用[J].煤炭技术，2008，27（1）.

[2] 王正才.注浆加固技术在极软岩巷道支护中的应用[J].采矿技术，2010（S1）.