地下煤礦軟巖巷道注漿支護(hù)技術(shù)探究

曲友軍

中煤平朔集團(tuán)有限公司

地下煤礦軟巖巷道注漿支護(hù)技術(shù)探究

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地下煤礦開采過程中，通常會(huì)采用支護(hù)技術(shù)來保持軟巖巷道的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，為生產(chǎn)作業(yè)提供安全保障。注漿支護(hù)技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)支護(hù)技術(shù)更具優(yōu)勢(shì)。利用注漿支護(hù)技術(shù)能夠維持軟巖巷道圍巖的完整性及穩(wěn)定性。漿液可在圍巖縫隙當(dāng)中擴(kuò)散并填充，從而與圍巖形成一個(gè)整體，能夠進(jìn)一步提升巖體的強(qiáng)度。在地下煤礦軟巖巷道應(yīng)用注漿支護(hù)技術(shù)的過程中，注漿材質(zhì)的合理篩選及處理會(huì)直接影響到注漿支護(hù)的整體性能，是施工過程中需要關(guān)注的一個(gè)重點(diǎn)。

煤礦；軟巖巷道；注漿支護(hù)

1 軟巖巷道變形破壞特征

地下煤礦軟巖主要是指強(qiáng)度較低的巖體，包括松散巖體、流變巖體、破碎巖體、高地應(yīng)力巖體等。軟巖具有膨脹性、崩解性、觸變性及流變性等特征，受各種特征綜合作用影響會(huì)造成軟巖工程變形、失穩(wěn)，甚至是結(jié)構(gòu)性破壞。軟巖巷道變形破壞的影響因素較多，主要包括以下幾個(gè)方面[1]：（1）巖性因素。圍巖無論是工程特性，還是力學(xué)性質(zhì)，均不理想。由于巖體內(nèi)部節(jié)理裂隙發(fā)育，因此巖體強(qiáng)度進(jìn)一步下降。同時(shí)，巷道施工過程中，受動(dòng)壓影響，圍巖破碎區(qū)域面積會(huì)不斷擴(kuò)大，導(dǎo)致圍巖更容易與水接觸，會(huì)產(chǎn)生更為明顯的鼓脹、軟化，可能會(huì)造成巷道嚴(yán)重變形。（2）風(fēng)化作用。泥質(zhì)巖在正常狀態(tài)下并不會(huì)發(fā)生崩解，但脫水干燥并再次浸水后便會(huì)出現(xiàn)鼓脹，導(dǎo)致其自身強(qiáng)度下降。（3）工程應(yīng)力。施工過程中，構(gòu)造應(yīng)力、支承應(yīng)力、變形壓力、鼓脹壓力等均會(huì)對(duì)圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性產(chǎn)生一定影響。因此，需要結(jié)合不同的施工環(huán)境及施工條件，篩選合適的施工方案，才能保證軟巖巷道的穩(wěn)定性。

2 軟巖巷道支護(hù)原則

在應(yīng)用軟巖巷道支護(hù)技術(shù)的過程中，要保證軟巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，就必須確認(rèn)軟巖復(fù)合變形力學(xué)機(jī)制，并且要合理篩選復(fù)合型變形力學(xué)機(jī)制相關(guān)的轉(zhuǎn)化技術(shù)，將復(fù)合型變形力學(xué)機(jī)制轉(zhuǎn)變?yōu)閱我恍蚚2]。同時(shí)，在具體應(yīng)用軟巖巷道支護(hù)技術(shù)的過程中要遵循以下幾個(gè)原則：（1）根據(jù)圍巖壓力實(shí)際情況選取針對(duì)性的支護(hù)方法，并通過提升圍巖自穩(wěn)定性，讓圍巖的力學(xué)性質(zhì)及應(yīng)力分布狀態(tài)得到改善。（2）要保證支護(hù)剛度、支護(hù)時(shí)間的合理性。（3）結(jié)合圍巖與支架結(jié)構(gòu)的相互關(guān)系，對(duì)巷道加固系統(tǒng)及支護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。（4）對(duì)巷道圍巖超挖進(jìn)行有效控制，盡可能降低震動(dòng)對(duì)圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響。

3 軟巖巷道注漿支護(hù)技術(shù)及相關(guān)材料性能分析

3.1 軟巖巷道注漿支護(hù)技術(shù)

注漿支護(hù)技術(shù)是一種新型的支護(hù)技術(shù)，與傳統(tǒng)支護(hù)技術(shù)相比，注漿支護(hù)技術(shù)可有效改善圍巖松散的結(jié)構(gòu)，并提升圍巖粘聚力。同時(shí)，注漿能夠把圍巖裂隙融入圍巖當(dāng)中，可提高裂隙面摩擦阻力，有利于控制圍巖位移，促使圍巖整體性提升，進(jìn)而提升圍巖強(qiáng)度及穩(wěn)定性。注漿支護(hù)技術(shù)的關(guān)鍵在于圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育程度及結(jié)構(gòu)狀態(tài)。通常情況下，節(jié)理裂隙發(fā)育松散及結(jié)構(gòu)較為疏松的巖層能夠獲得較為理想的注漿效果。相關(guān)研究表明，經(jīng)過注漿工藝處理后，泥頁巖、粉砂巖的強(qiáng)度可增加2倍以上，砂巖強(qiáng)度的增加幅度高達(dá)60%以上[3]。另外，注漿技術(shù)還能夠提升巖層密度，有利于保持巖層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。多數(shù)情況下，軟巖巷道圍巖表面會(huì)受到一定程度破壞，并且會(huì)形成破碎帶。由于注漿主要是在圍巖內(nèi)部進(jìn)行，為了保持圍巖表面的穩(wěn)定性，還需要配合支架共同維護(hù)。

3.2 注漿材質(zhì)性能分析

注漿材質(zhì)的性能對(duì)注漿支護(hù)技術(shù)的成效會(huì)產(chǎn)生直接影響。目前，在地下煤礦軟巖巷道應(yīng)用注漿支護(hù)技術(shù)的過程中，注漿材料主要分為兩個(gè)類型，即有機(jī)膠凝材料及無機(jī)膠凝材料。從性能角度來看，有機(jī)膠凝材料整體性能優(yōu)于無機(jī)膠凝材料，但有機(jī)膠凝材料成本較高，經(jīng)濟(jì)性并不理想。因此，實(shí)際施工當(dāng)中多以無機(jī)膠凝材料為主。硅酸鹽水泥是一類較為常見的無機(jī)膠凝材料，其主要成分包括硅酸二鈣、鋁酸三鈣、硅酸三鈣等。對(duì)于硅酸鹽水泥而言，硅酸三鈣水化會(huì)對(duì)硅酸鹽水泥四周內(nèi)強(qiáng)度產(chǎn)生直接影響；而硅酸二鈣四周后才能發(fā)揮強(qiáng)度作用。相對(duì)于以上兩者，鋁酸三鈣強(qiáng)度發(fā)展較快，一至三天便能達(dá)到一定強(qiáng)度，但整體強(qiáng)度并不高。相關(guān)實(shí)驗(yàn)表明，在不同水灰比條件下，注漿材料的凝結(jié)時(shí)間及強(qiáng)度會(huì)表現(xiàn)出一定的差異。硅酸鹽水泥注漿材料早期幾乎沒有強(qiáng)度，當(dāng)水灰比為1時(shí)，3d后強(qiáng)度大概為1.3Ma。通過相關(guān)實(shí)驗(yàn)可知，在高水灰比條件下硅酸鹽水泥注漿材料的凝結(jié)效果并不理想，無法滿足注漿支護(hù)的需求。除了硅酸鹽水泥外，硫鋁酸鹽水泥也是一種較為常見的注漿材料。硫鋁酸鹽水泥主要成分為鋁土。將鋁土磨細(xì)后，將其煅燒為熟料。所獲得的熟料與石膏進(jìn)行配制，便可得到膠凝材料。相關(guān)研究表明，將硫鋁酸鹽水泥熟料與一定量的石膏進(jìn)行配制，所獲得的雙液注漿材料性能較優(yōu)，具有較為理想的早期強(qiáng)度。

3.3 超細(xì)化對(duì)注漿材料的影響

對(duì)注漿材料進(jìn)行超細(xì)化處理，能夠進(jìn)一步改善注漿材料的性能，提升圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。經(jīng)過超細(xì)化處理，水泥的可注性進(jìn)行一步提升，其注漿性能得到改善。超細(xì)化處理后，水泥顆粒粒徑會(huì)明顯減小。盡管需水量會(huì)上升，但整體流動(dòng)性會(huì)下降。通用使用高效減水劑，促使?jié){體流動(dòng)性能提升。同時(shí)，可適當(dāng)增大水灰來提升超細(xì)化水泥的流動(dòng)性。水泥顆粒粒徑愈小，也就意味著其凝固后具有更好的抗壓強(qiáng)度與抗?jié)B強(qiáng)度。經(jīng)壓力脫水后，超細(xì)化水泥強(qiáng)度是常壓下的5倍，其性能得到了大幅度提升。在實(shí)施超細(xì)化工藝過程中，要注意材料體積收縮。由于水泥顆粒較小，其收縮程度會(huì)有所上升，被注體與漿體之間的粘結(jié)性則會(huì)下降，會(huì)對(duì)實(shí)際注漿效果產(chǎn)生影響。因此，要采取一定手段控制材料體積收縮，以獲得良好的注漿效果，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

4 結(jié)語

總體上來看，地下煤礦軟巖巷道作業(yè)過程中，采取注漿支護(hù)技術(shù)以便獲得更好的支護(hù)效果。在應(yīng)用注漿支護(hù)技術(shù)過程中，要結(jié)合施工環(huán)境篩選合理的材料及配比，并可采取超細(xì)化工藝對(duì)注漿材料進(jìn)一步處理，從而獲得更優(yōu)的性能，為支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性提供保障。

[1]謝拓.煤礦軟巖巷道支護(hù)技術(shù)的研究及發(fā)展[J].科技與企業(yè), 2014（02）：155-156.

[2]馬文超.煤礦軟巖巷道支護(hù)技術(shù)的研究及發(fā)展[J].科技資訊, 2014（15）：96.

[3]孟飛.煤礦軟巖巷道支護(hù)技術(shù)的研究及發(fā)展[J].山東工業(yè)技術(shù),2014（22）：79.