地下煤矿软岩巷道注浆支护技术探究

曲友军

中煤平朔集团有限公司

地下煤矿软岩巷道注浆支护技术探究

曲友军

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地下煤矿开采过程中，通常会采用支护技术来保持软岩巷道的结构稳定性，为生产作业提供安全保障。注浆支护技术相对于传统支护技术更具优势。利用注浆支护技术能够维持软岩巷道围岩的完整性及稳定性。浆液可在围岩缝隙当中扩散并填充，从而与围岩形成一个整体，能够进一步提升岩体的强度。在地下煤矿软岩巷道应用注浆支护技术的过程中，注浆材质的合理筛选及处理会直接影响到注浆支护的整体性能，是施工过程中需要关注的一个重点。

煤矿；软岩巷道；注浆支护

1 软岩巷道变形破坏特征

地下煤矿软岩主要是指强度较低的岩体，包括松散岩体、流变岩体、破碎岩体、高地应力岩体等。软岩具有膨胀性、崩解性、触变性及流变性等特征，受各种特征综合作用影响会造成软岩工程变形、失稳，甚至是结构性破坏。软岩巷道变形破坏的影响因素较多，主要包括以下几个方面[1]：（1）岩性因素。围岩无论是工程特性，还是力学性质，均不理想。由于岩体内部节理裂隙发育，因此岩体强度进一步下降。同时，巷道施工过程中，受动压影响，围岩破碎区域面积会不断扩大，导致围岩更容易与水接触，会产生更为明显的鼓胀、软化，可能会造成巷道严重变形。（2）风化作用。泥质岩在正常状态下并不会发生崩解，但脱水干燥并再次浸水后便会出现鼓胀，导致其自身强度下降。（3）工程应力。施工过程中，构造应力、支承应力、变形压力、鼓胀压力等均会对围岩结构的稳定性产生一定影响。因此，需要结合不同的施工环境及施工条件，筛选合适的施工方案，才能保证软岩巷道的稳定性。

2 软岩巷道支护原则

在应用软岩巷道支护技术的过程中，要保证软岩结构的稳定性，就必须确认软岩复合变形力学机制，并且要合理筛选复合型变形力学机制相关的转化技术，将复合型变形力学机制转变为单一型[2]。同时，在具体应用软岩巷道支护技术的过程中要遵循以下几个原则：（1）根据围岩压力实际情况选取针对性的支护方法，并通过提升围岩自稳定性，让围岩的力学性质及应力分布状态得到改善。（2）要保证支护刚度、支护时间的合理性。（3）结合围岩与支架结构的相互关系，对巷道加固系统及支护系统进行合理设计。（4）对巷道围岩超挖进行有效控制，尽可能降低震动对围岩结构稳定性的影响。

3 软岩巷道注浆支护技术及相关材料性能分析

3.1 软岩巷道注浆支护技术

注浆支护技术是一种新型的支护技术，与传统支护技术相比，注浆支护技术可有效改善围岩松散的结构，并提升围岩粘聚力。同时，注浆能够把围岩裂隙融入围岩当中，可提高裂隙面摩擦阻力，有利于控制围岩位移，促使围岩整体性提升，进而提升围岩强度及稳定性。注浆支护技术的关键在于围岩节理裂隙发育程度及结构状态。通常情况下，节理裂隙发育松散及结构较为疏松的岩层能够获得较为理想的注浆效果。相关研究表明，经过注浆工艺处理后，泥页岩、粉砂岩的强度可增加2倍以上，砂岩强度的增加幅度高达60%以上[3]。另外，注浆技术还能够提升岩层密度，有利于保持岩层结构的稳定性。多数情况下，软岩巷道围岩表面会受到一定程度破坏，并且会形成破碎带。由于注浆主要是在围岩内部进行，为了保持围岩表面的稳定性，还需要配合支架共同维护。

3.2 注浆材质性能分析

注浆材质的性能对注浆支护技术的成效会产生直接影响。目前，在地下煤矿软岩巷道应用注浆支护技术的过程中，注浆材料主要分为两个类型，即有机胶凝材料及无机胶凝材料。从性能角度来看，有机胶凝材料整体性能优于无机胶凝材料，但有机胶凝材料成本较高，经济性并不理想。因此，实际施工当中多以无机胶凝材料为主。硅酸盐水泥是一类较为常见的无机胶凝材料，其主要成分包括硅酸二钙、铝酸三钙、硅酸三钙等。对于硅酸盐水泥而言，硅酸三钙水化会对硅酸盐水泥四周内强度产生直接影响；而硅酸二钙四周后才能发挥强度作用。相对于以上两者，铝酸三钙强度发展较快，一至三天便能达到一定强度，但整体强度并不高。相关实验表明，在不同水灰比条件下，注浆材料的凝结时间及强度会表现出一定的差异。硅酸盐水泥注浆材料早期几乎没有强度，当水灰比为1时，3d后强度大概为1.3Ma。通过相关实验可知，在高水灰比条件下硅酸盐水泥注浆材料的凝结效果并不理想，无法满足注浆支护的需求。除了硅酸盐水泥外，硫铝酸盐水泥也是一种较为常见的注浆材料。硫铝酸盐水泥主要成分为铝土。将铝土磨细后，将其煅烧为熟料。所获得的熟料与石膏进行配制，便可得到胶凝材料。相关研究表明，将硫铝酸盐水泥熟料与一定量的石膏进行配制，所获得的双液注浆材料性能较优，具有较为理想的早期强度。

3.3 超细化对注浆材料的影响

对注浆材料进行超细化处理，能够进一步改善注浆材料的性能，提升围岩结构的稳定性。经过超细化处理，水泥的可注性进行一步提升，其注浆性能得到改善。超细化处理后，水泥颗粒粒径会明显减小。尽管需水量会上升，但整体流动性会下降。通用使用高效减水剂，促使浆体流动性能提升。同时，可适当增大水灰来提升超细化水泥的流动性。水泥颗粒粒径愈小，也就意味着其凝固后具有更好的抗压强度与抗渗强度。经压力脱水后，超细化水泥强度是常压下的5倍，其性能得到了大幅度提升。在实施超细化工艺过程中，要注意材料体积收缩。由于水泥颗粒较小，其收缩程度会有所上升，被注体与浆体之间的粘结性则会下降，会对实际注浆效果产生影响。因此，要采取一定手段控制材料体积收缩，以获得良好的注浆效果，保证结构的稳定性。

4 结语

总体上来看，地下煤矿软岩巷道作业过程中，采取注浆支护技术以便获得更好的支护效果。在应用注浆支护技术过程中，要结合施工环境筛选合理的材料及配比，并可采取超细化工艺对注浆材料进一步处理，从而获得更优的性能，为支护结构稳定性提供保障。

[1]谢拓.煤矿软岩巷道支护技术的研究及发展[J].科技与企业, 2014（02）：155-156.

[2]马文超.煤矿软岩巷道支护技术的研究及发展[J].科技资讯, 2014（15）：96.

[3]孟飞.煤矿软岩巷道支护技术的研究及发展[J].山东工业技术,2014（22）：79.