煤矿采空区防水墙及注浆技术的应用

李民乐

（山西煤炭运销集团店上煤业有限公司，山西 太原 030002）

引言

煤矿井下巷道经过开采之后会出现采空区，导致该区域内围岩顶板的强度有所降低，为了避免采掘作业过程中发生顶板冒落，应当采取相应的技术措施进行加固处理。因注浆技术具有施工速度快、操作简单等优点，在煤矿井下加固工程中获得了广泛应用。

1 工程概况

店上煤业永久避难硐室工程巷道的设计净宽和净高分别为4.0、3.5m，该硐室位于3号煤层中部轨道大巷与胶带大巷之间，掘进期间需穿过两处长约18m的采空巷。避难硐室可同时容纳70人，设计采用半圆拱断面双层支护，第一层采用锚杆锚网索联合支护；第二层采用支护等级为C30的素混凝土支护。锚杆规格为0mm×2 400mm螺纹钢树脂锚杆，采用三花布置，间排距为800mm；锚索规格为17.8mm×8 300mm的钢绞线，其长度要以实际探测的顶板岩性进行确定，要求锚索必须锚至顶板稳定的坚硬岩层中不小于1.0m，锚索布置在两排锚杆之间，间排距为1 600mm；避难硐室底板采用强度等级为C30的素混凝土浇筑100mm。为了进一步提高永久避难硐室围岩顶板的强度，可以对其进行注浆加固。

2 注浆加固技术在煤矿井下的具体应用

2.1 注浆加固方案

由于本工程的围岩顶板本身强度较低，巷道围岩中形成了较大松动圈，增加了加固的范围。为使支护结构本身的承载力获得进一步提升，可采取低压浅孔与中高压深孔相结合的技术方案。先采用浅孔和低压对煤层破碎的围岩进行注浆充填，控制好巷道掘进工作面前上方的注浆压力；在中高压深孔注浆方案中，要以低压浅孔充填注浆加固为基础，将深孔布置在具备一定厚度的加固封闭圈上。通过实施该技术方案，不但能够使注浆范围获得有效扩大，而且还能使低压浅孔注浆加固体的承载力得到显著提升。

2.2 注浆孔布设

从工程性质的角度上讲，注浆加固具有一定的隐蔽性，当浆液注入到孔内后，会有很多因素影响浆液的扩散［1］。在实际工程中，可以按照以往的注浆加固经验，结合工程情况，对注浆孔进行布设。在本工程中，注浆孔的孔距按照1.0m进行设计，每个断面上布置12个钻孔，沿着运输大巷的周边布置7个长度为3.0m的注浆短孔，孔间距为1.0m，排距设置为1.5m。同时使用风钻对浅孔进行打眼，使用探水钻对深孔进行打眼。

2.3 注浆材料的选择

在本工程当中，注浆材料的选择直接关系到加固的质量，经过技术经济性比选之后，采用了高性能双液注浆材料［2］。注浆材料的配比如下，浆液的水灰质量比为0.8～1.0，掺入质量分数为3%的速凝剂，浆液结石率控制在92%以上，且强度至少为10MPa；深孔注浆的材料为A、B混合料添加外加剂，该外加剂具备高渗透性。注浆材料的配比如下，浆液的水灰质量比为0.8，浆液结石率控制在95%以上，且强度至少为12MPa。

2.4 注浆参数

1）注浆压力。依据同类工程经验，并结合本工程的特点，将浅孔的注浆压力设定为2.0～3.0MPa，浆液的扩散半径应当控制在2.0m左右；深孔的注浆压力控制在5.0MPa以内，加固范围控制在掘进迎头前方10m左右，浆液扩散半径可控制在2.0m左右。

2）注浆量。浅孔注浆的注浆量可控制在1.0t／m浆液，注浆时间可控制在30min以内；深孔注浆的注浆量可控制在1.0t／m浆液，并在浅孔注浆完成后1h内进行。

2.5 施工技术要点

为了加快注浆施工速度，提高注浆施工质量，应当按照先浅孔、后深孔的作业顺序进行注浆。

1）根据设计要求埋设预埋管，并控制好预埋质量，避免管路堵塞等问题的发生。同时，注浆设备应配置压力控制阀，当注浆压力过大时，注浆自动停止，可避免因压力过大，造成管片错台问题的发生。此外，为防止浆液进入压力表，其与管路之间应当设有隔浆装置。

2）根据预先设计好的钻孔位置和参数打注浆孔。进行该道工序的作业时，现场施工人员必须做好泵管的连接工作，在确认连接无误以后，方可启动注浆泵，然后再开启浆液搅拌机，认真观察其运转是否正常。确认所有设备正常后，便可准备注浆。

3）现场施工人员按照预先设计好的浆液配比，将所用的材料全部放入搅拌机内，然后将拌合好的浆液装桶备用。

4）正式注浆前，需要将注浆管与孔口管连接到一起，并确保接头严密，避免漏浆；随后，便可将注浆管插入装有浆液的桶中，开启注浆泵向孔内进行注浆。如果注浆时出现浆液渗漏，要及时采取有效的措施进行堵漏处理［3］。

5）停止注浆的标准为浆液注入量达到设计要求，此时可将与三通阀相连接的软注浆管卸下，然后将其连接到下一个注浆管的三通阀上，并依据上述作业流程对未进行注浆的孔逐次注入浆液。

6）当全部钻孔都完成注浆后，施工人员可以使用清水对相关设备进行冲洗，如注浆泵、搅拌机等，并在注浆管流出清水后停止。

2.6 质保措施

1）做好注浆试验，将试验结果作为确定最佳注浆压力的可靠依据。注浆试验选择在第一个注浆孔进行，根据顶板的破碎程度以及试验中获取的浆液在区域内的渗透性参数，合理确定注浆压力。

2）在注浆施工过程中，若出现跑浆、漏浆问题，则必须适当减缓注浆速度和注浆压力［4］。对于泄漏点的处理，既可以采用棉纱或水泥进行封堵，也可以利用注浆液自身具备的速凝性进行封堵，以避免再次出现跑、漏浆现象。

3）为了保证注浆施工质量，必须建立健全岗位责任制和施工质量检查制度，将质量责任落实到各班组，要求每个施工班组对施工过程做好记录，加强对注浆工艺参数的严格控制，不得出现违规操作行为。

4）合理确定浆液配比，使浆液性能满足施工要求。同时还要对浆液的搅拌时间进行严格控制，确保浆液拌和的更加均匀，提高浆液的结石率，并使其强度达到设计要求。

5）做好原材料运输与供应管理工作，确保浆液配制及时，以免影响注浆施工质量。

6）应当配置专人对注浆施工进行质量监督和管理，认真观察注浆压力表的变化，同时可依据浆液渗漏的情况，对注浆压力进行适当调整［5］。

2.7 安全措施

1）在施工之前，对施工人员进行安全技术教育、现场指导以及模拟训练，确保施工人员掌握和遵守《煤矿安全规程》的相关规定。

2）注浆施工前，应当对注浆泵、搅拌机等设备进行认真检查，保证注浆系统连接牢固，并进行试运行；注浆过程中，现场施工人员应当随时对注浆设备的运转情况进行观察，发现异常要及时处理，保证注浆安全、有序进行。

3 结语

通过注浆加固，有效提高了采空区围岩顶板的强度，确保井下作业安全、有序进行。因此，应当重点加大对注浆技术的研究力度，除对现有的技术进行改进和完善外，还应研发一些新的技术，为确保煤矿采空区的安全提供技术支撑。

［1］ 李汉光.煤矿采空区注浆处治浆液材料配比试验［J］.公路交通科技，2011（8）：35－40.

［2］ 张峰.压力注浆加锚杆在煤矿采空区建筑物地基加固中的应用［J］.煤，2011（3）：156－158.

［3］ 于显超.井下防水墙注浆堵漏技术研究［J］.山东煤炭科技，2011（8）：232－233.

［4］ 钱丹生，张炼红.秀山煤矿采空区钻孔注浆治理及效果评价［J］.中国科技投资，2013（10）：96－99.

［5］ 谭汉义.煤矿采空区注浆加固在广西沿海铁路工程中的应用［J］.路基工程，2014（1）：214－219.