掘进巷道破碎顶板注浆加固技术应用

赵海生

(山西高平科兴游仙山煤业有限公司，山西 高平 048400)

1 概述

山西高平科兴游仙山煤业有限公司15210运输顺槽位于井田二采区，巷道南部为15209运输顺槽，北部为15210工作面，东部为掘进区域，西部为二采区大巷。

15210运输顺槽设计长度为875 m，巷道掘进煤层为15#层，平均厚度为4.1 m，平均倾角为4°，15210巷设计断面规格为宽×高=5.0 m×4.1 m，巷道采用综合机械化掘进工艺，截止2019年2月巷道已掘进450 m。

15210运输顺槽掘进区域地质构造以断层为主，巷道掘进至450 m～480 m段共计揭露4条正断层，断层平均落差为1.2 m，平均倾角为48°，受多断层应力叠加影响，巷道掘进至447 m处时顶板出现破碎、下沉现象，巷道掘进至450 m处等你出现局部冒落现象，顶板锚杆支护无法对破碎顶板进行有效支护，对此，游仙山煤矿通过技术研究决定对15210运输顺槽应力破碎顶板采取注浆加固技术。

2 注浆施工

巷道附近的采空区由于地质构造的夹缝较大，而且采空区周围的围岩均为泥岩，泥岩的特性比较柔软，当遇到水后经过一系列物理化学反应后会发生膨胀，导致周围的岩体随之膨胀。因此施工人员在掘进的过程中很容易遇到巷道顶板、侧帮膨胀及顶板下沉严重，严重影响掘进工作面的正常开展[1]。掘进工作面在掘进的过程中如遇到上层岩体为塌陷采空区，常常会造成掘进工作面顶板随掘随塌的现象。随着掘进工作面的不断深入，掘进巷道顶板及煤壁承载的压力也越来越大，刚看到的围岩无法承载压力后，工作面会发生大面积垮落。因此施工人员采取注浆加固的方式来确保掘进工作的正常开展。

2.1 注浆材料

1)通常决定工作面的岩层均为泥岩，泥岩间会存在较多的微小裂缝，施工人员经过分析选用漏必堵及固安特材料对岩层进行加固。漏必堵是井下常用的密封及填充材料，它是一种高分子聚合泡沫材料，具有较好的隔气性及柔韧性，而且该物质的可燃性较低，作为封堵材料非常适用于对井下瓦斯及火灾的封闭，该物质含具有较快的反应速度，抗压力特性也较高[2]。

2)固安特主要是由树脂和催化剂按照相同的体积比例混合而成，作为高强度加固材料，固安特是一种高分子双液型材料，通常适用于对井下顶板及煤壁破碎严重或松散的岩体进行加固，能够很好的解决顶板、破碎、下沉等问题。由于该物质的具有较强的黏合性，能够随着环境的不同而改变反应速度，对破碎岩体的黏合作用明显且机械性能强。对于井下岩体中的缝隙具有较强的渗透性，尤其是对破碎顶板的加固及煤壁缝隙的封堵效果非常明显。

3)由于这两种含量均具有较快的反应速度，在较短的时间内会固结，因此需要施工人员在不影响生产的前提上能够迅速的完成整个注浆过程；注浆在施工过程中使用的设备体积较小、重量较轻、施工步骤简单，能够最大限度的避免对掘进工作的影响；注浆过程中使要使用的注浆材料较少，由于漏必堵具有较强的黏结性与膨胀性，因此只需要较少的材料就能起到较强的加固作用，非常适用于对巷道冒顶区域的填充。由于漏必堵具有较强的抗压强度且材料使用量低，也非常适用于破碎顶板。固安特是一种绝燃性较好的材料，能够在工作面生产时大量使用[3]。

2.2 注浆孔布置

1)施工人员首先要选用三花孔模式在回分巷的断层位置进行注孔，以回风巷为中心，在巷道两侧以1m为结局依次施工三个钻孔，孔的方向要顺着顶板方向，倾角为,30°，孔的深度控制在3.5 m～4.5 m之间。第2排浆孔要采用插花布设，位置要位于第 1 排注浆孔下方0.5 m处，倾角为20°，孔的深度控制在3.5 m～4.5 m，注浆孔排距为5.0 m，如图1所示。

图1 15210运输顺槽应力区顶板注浆支护施工剖面示意图

2)施工人员可以根据现场的实际情况来修正循环封孔位置，注浆的速度按照3 m/次进行循环推进，当第1次注浆施工完毕后，施工人员需对顶板和煤壁进行注浆加固作业，之后的循环只需要超前加固即可。

2.3 注意事项

为了能够提高巷道顶板及煤壁围岩的稳定性及承载力，确保岩体结构不被破坏，施工人员需对注浆后的顶板及煤壁进行临时支护。

1)按照注浆加固工艺要求对钻孔的深度与孔径合理设计，钻孔的深度，孔径及倾角可以根据巷道的地质构造进行微调[4]。

2)注浆材料桶及注浆机可以通过吸料管进行连接，施工作业时原材料在气动压力活塞的作用下进入注射枪，时原材料经注射枪灌入地层并渗入缝隙，由于注浆液在缝隙会迅速凝固，因此施工人员要保证施工过程的紧凑性，同时要确保注浆压力不低于3 MPa。

3)为了确保煤壁缝隙全部紧密填充，因此要保证注射枪不再吸取浆液后才能停止注浆。

4)注浆过程完毕后，工作人员需使用树脂材料对注射枪及管路进行清洗。在进行下一轮注浆作业时，需重复以上施工步骤，当所有的孔全部注浆完毕后，多功能泵及其附件需使用清洗剂对进行清洗[5]。

3 注浆加固应用效果分析

1)15210运输顺槽掘进至450 m处时对顶板进行注浆加固，直至巷道掘进480 m处停止注浆施工，共计施工6组(12个)注浆钻孔；巷道顶板通过注浆加固后现场观察发现，注浆后的顶板煤岩体单轴抗压强度提高至47 MPa，岩体胶结稳定性大大提高，煤岩体韧性是注浆前的2倍～3倍，对顶板破碎岩体3.0 m范围的裂隙进行充分填充，保证了巷道顶板锚杆支护效果，锚杆锚固失效率由原来的12%降低为3%。

2)破碎顶板注浆加固后在该区域每隔15 m安装一台顶板离层仪，通过30 d现场观察发现，注浆加固后提高了破碎顶板力学性质，降低了顶板破碎现象，顶板未发生离层现象，但是受顶板蠕动变形影响，顶板出现局部下沉现象，下沉量为0.12 m，通过注浆液将破碎顶板黏结在一起，超前注浆的方式能够有效的提高掘进工作面的围岩强度，增加巷道掩体的承载能力。

4 结语

综上所述，巷道在掘进过断层应力区时，顶板围岩力学结构遭到破坏后顶板很容易出现破碎、冒落现象，发生重大煤矿安全事故，本文针对巷道顶板破碎机里及破碎现状，对巷道顶板采取注浆加固技术，通过实际应有效果来看，采取注浆加固后破碎岩体得以重新组合，提高围岩整体稳定性，加强了锚杆支护作用，控制了冒落围岩下沉、破碎现象，取得了显著应用成效。