井巷錨注加固技術(shù)應(yīng)用評(píng)價(jià)與發(fā)展前景

楊 鹍 周地全

（皖北煤電集團(tuán)公司五溝煤礦，安徽 淮北 235000）

1 礦井生產(chǎn)現(xiàn)狀

1.1 年產(chǎn)量不斷提高

五溝煤礦于2008年3月28日正式投產(chǎn)，礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為60萬(wàn)噸/年，服務(wù)年限為52年。通過(guò)企業(yè)上下一直努力，礦井產(chǎn)量逐年遞增，2010年礦井生產(chǎn)能力150萬(wàn)噸/年。

1.2 礦井安全生產(chǎn)影響因素

五溝煤礦由于井田內(nèi)煤系巖層構(gòu)造復(fù)雜，開(kāi)采條件具有軟巖分布范圍廣、高應(yīng)力、斷層多、落差大等特點(diǎn)，其中南翼開(kāi)拓準(zhǔn)備巷道基本布置在10煤層頂板中，距10煤層法線距離15m～30m,巷道圍巖主要有鋁質(zhì)、粉砂質(zhì)泥巖，泥巖，細(xì)粉砂巖，經(jīng)試驗(yàn)，破壞時(shí)的應(yīng)力分別28MPa（側(cè)壓）、14MPa（頂壓）、30MPa（底壓）左右，強(qiáng)度較低，巷道屬軟巖巷道，采掘集中，采動(dòng)壓力影響范圍平距為160m～230m。

2 巷道失修原因分析

2.1 巷道失修狀況

2.2 巷道失修主要原因

2.2.1 巷道與開(kāi)采煤層的空間關(guān)系不合理。從目前五溝煤礦采區(qū)內(nèi)煤層的開(kāi)采看，由于采面接替緊張，工作面開(kāi)采后穩(wěn)定期短，巷道受連續(xù)采動(dòng)影響，多次采動(dòng)的應(yīng)力疊加造成巷道失修嚴(yán)重。

2.2.2 五溝煤礦巷道失修的主要原因是巷道巖性條件差、支護(hù)強(qiáng)度不足，受采動(dòng)影響后極易破壞。為此，除了提高巷道的支護(hù)強(qiáng)度外，采用錨桿注漿加固是解決巷道失修的主要方法。

3 五溝煤礦錨桿注漿技術(shù)的發(fā)展歷程

3.1 五溝煤礦在2007～2010年間工作面回采后導(dǎo)致軌道大巷系統(tǒng)嚴(yán)重?fù)p毀，不能正常服務(wù)；由于預(yù)先采用了錨桿注漿加固，回采后大巷變形量不大，簡(jiǎn)易維修后大巷得到了有效的維護(hù)。

3.2 在此實(shí)踐基礎(chǔ)上，1018工作面距南一采區(qū)軌道大巷法向距離為31米，在回采動(dòng)壓影響之前，對(duì)相關(guān)的運(yùn)輸巷道采取了預(yù)先錨桿注漿加固，。2005年3月份，當(dāng)1018工作面推進(jìn)到距南一采區(qū)軌道大巷150米（平距）時(shí)，對(duì)相關(guān)巷道進(jìn)行錨桿注漿加固，加固巷道范圍包括南一采區(qū)軌道大巷、南一采區(qū)變電所、南二采區(qū)索道斜巷等巷道。方案實(shí)施前，對(duì)相關(guān)巷道的圍巖條件、支護(hù)形式進(jìn)行了認(rèn)真、仔細(xì)的研究，確定了加固方案。采用的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)如下：

3.2.1 深孔注漿：根據(jù)巷道圍巖裂隙度以及避免高壓漏漿，決定采用深孔注漿，注漿錨桿長(zhǎng)2.0米。

3.2.2 密集布置：考慮到巷道圍巖未受采動(dòng)影響，每根錨桿漿液擴(kuò)散半徑約為1.0米，決定注漿錨桿間排距1.5米*1.5米，保證漿液交叉范圍不小于0.5米，確保圍巖裂隙充填嚴(yán)實(shí)。

針對(duì)上述問(wèn)題，建議：優(yōu)化我國(guó)生物醫(yī)藥企業(yè)研發(fā)支出的信息披露情況，完善相關(guān)部門披露制度，加強(qiáng)監(jiān)管力度，提高企業(yè)執(zhí)行度

3.2.3 高壓預(yù)注：足夠的壓力也是保證注漿效果的重要指標(biāo)，確定注漿壓力為2.0～4.0兆帕。

3.2.4 超前補(bǔ)強(qiáng)：注漿水泥等材料達(dá)到支護(hù)強(qiáng)度的時(shí)間為28天，為保證被注巷道的抗壓能力，巷道在受影響前一個(gè)月對(duì)巷道注漿加固完畢。

4 錨桿注漿技術(shù)的發(fā)展方向與展望

4.1 建立巖巷邊掘邊注的加固長(zhǎng)效機(jī)制

圍巖注漿加固是利用漿液把圍巖的各種弱面充實(shí)，并把弱面充填體與四周巖體重新膠結(jié)起來(lái)，從而提高圍巖的整體穩(wěn)定性及其力學(xué)性能，改善圍巖的物理指標(biāo)，注漿可以達(dá)到以下效果：

4.1.1 提高巖體強(qiáng)度，改善弱面的力學(xué)性能。即提高裂隙的粘聚力和內(nèi)摩擦角，增大巖體內(nèi)部巖塊間相對(duì)位移的阻力，從而提高圍巖的整體穩(wěn)定性。

4.1.2 形成承載結(jié)構(gòu)。對(duì)破碎松散巖體中的巷道注漿加固，可以使破碎巖塊重新膠結(jié)成整體，形成承載結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮圍巖的自穩(wěn)能力。

4.1.3 改善賦存環(huán)境。軟巖巷道圍巖注漿后，漿液固結(jié)體封閉裂隙，阻止水氣浸入內(nèi)部巖體，防止水解風(fēng)化，保證圍巖力學(xué)性質(zhì)合理，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定。

4.2 修護(hù)巷道推廣兩次耦合加固技術(shù)

五溝煤礦10煤頂?shù)装咫m為粉砂巖，但層理發(fā)育，強(qiáng)度較低，受采動(dòng)影響之后，裂隙交錯(cuò)，巷道圍巖變形速度快、位移大。受采動(dòng)壓力影響，圍巖裂隙被激活或產(chǎn)生新的裂隙，造成巷道的支護(hù)體不能承受上部松散巖石的重量而屈服破壞。在實(shí)際錨注過(guò)程中，由于有些巷道失修嚴(yán)重，圍巖破碎，存在大量的裂隙，現(xiàn)場(chǎng)表明，在打1.0米以上的鉆孔時(shí)出現(xiàn)了嚴(yán)重的卡鉆現(xiàn)象，鉆桿無(wú)法拔出，因此采用了兩步耦合注漿加固。

4.2.1 兩步耦合注漿加固機(jī)理

首先對(duì)巷道淺部圍巖進(jìn)行注漿，達(dá)到封閉圍巖表面裂隙、充填巷道壁后空隙的目的，同時(shí)也為深部注漿提供條件；然后二次深孔注漿，高壓漿液充填深部圍巖裂隙，消除弱面，增強(qiáng)圍巖的強(qiáng)度與剛度，使圍巖的狀態(tài)由弱面失穩(wěn)轉(zhuǎn)變?yōu)閲鷰r本身控制，從而提高了圍巖的自身承載能力，使支護(hù)體和圍巖之間達(dá)到強(qiáng)度、剛度及變形上的耦合，改善圍巖承載狀況。

4.2.2 兩步耦合注漿加固參數(shù)設(shè)計(jì)及優(yōu)化

4.2.2.1 合理設(shè)計(jì)注漿參數(shù)

（1）注漿壓力受圍巖特性、注漿能力、注漿方式等因素的影響。若注漿壓力過(guò)小，漿液難以向圍巖中擴(kuò)散，達(dá)不到預(yù)期的注漿效果；若壓力過(guò)大，則會(huì)導(dǎo)致淺部注漿過(guò)程中巷道表面出現(xiàn)冒頂、片幫或開(kāi)裂。在淺部注漿時(shí)，由于巷道表面和圍巖發(fā)育，巖塊破碎，采用的注漿壓力不宜過(guò)大，初步確定為1～2MPa；深部注漿時(shí)，注漿壓力確定為 2～4MPa。

（2）注漿量。漿液的注入量受到注漿壓力、注漿時(shí)間、圍巖裂隙的發(fā)育程度及破碎狀況、滲透性等因素的影響。為保證巷道圍巖裂隙被充填密實(shí)，注入的漿液盡量保證裂隙被充填滿，施工中注漿量以達(dá)到注漿壓力時(shí)為止。

（3）注漿孔的布置?？紤]圍巖淺部裂隙較為發(fā)育，為防止?jié){液向外流失，應(yīng)有一定封孔深度，即注漿孔不能過(guò)淺；同時(shí)為了克服鉆進(jìn)時(shí)出現(xiàn)卡鉆現(xiàn)象，實(shí)踐表明初次注漿孔深度在1.0～1.2米為宜。二次耦合深孔注漿時(shí)，要根據(jù)圍巖松動(dòng)圈確定錨桿的長(zhǎng)度，二次耦合注漿錨桿長(zhǎng)一般在2.0米以上。

（4）注漿孔的間排距。注漿孔的間排距主要由漿液的擴(kuò)散半徑確定。為達(dá)到注漿效果，兩孔的孔距應(yīng)保證注漿后漿液滲透范圍由一定的交叉，所以應(yīng)小于2倍的擴(kuò)散半徑。

（5）二次耦合注漿加固合理時(shí)間的確定。初次淺部注漿加固后，合理確定二次耦合注漿加固時(shí)間十分重要，過(guò)早或過(guò)晚都達(dá)不到耦合的效果。由于注漿材料主要材料為水泥，而水泥達(dá)到支護(hù)強(qiáng)度的時(shí)間一般為28天，所以二次耦合注漿滯后時(shí)間以一個(gè)月為好。

4.2.2.2 注漿材料的選擇

注漿材料由無(wú)機(jī)和有機(jī)兩個(gè)系列，由于有機(jī)材料價(jià)格昂貴，一般不予采用，而無(wú)機(jī)材料價(jià)格較低，被廣泛應(yīng)用。無(wú)機(jī)材料以水泥（主料）＋水玻璃（速凝劑）為主。為了減少漿液流失，提高凝固速度，淺部初次注漿一般采用水泥+水玻璃雙液漿。而深部二次耦合注漿一般采用水泥單液漿，確保更高的支護(hù)強(qiáng)度。

4.2.2.3 施工工藝。巷道圍巖注漿加固質(zhì)量的好壞，在很大程度上取決于注漿施工工藝。圍巖淺部注漿時(shí)采用雙液注漿；圍巖深部注漿時(shí)，由于淺部圍巖被漿液充填密實(shí)，封閉了很大圍巖，提高了圍巖強(qiáng)度和改善了圍巖鑿巖條件，漏漿問(wèn)題得到很好的解決。因此，采用工藝簡(jiǎn)單、便于操作的單液水泥漿。兩步耦合注漿加固施工工藝如下：封閉巷道表面裂隙——鉆孔——封孔——注漿——管道與設(shè)備的清洗。

[1]侯朝炯等.煤巷錨桿支護(hù)[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1999.

[2]林錫章，張萬(wàn)惠，段福民.井巷工程[M].北京，煤炭工業(yè)出版社.