注浆加固技术在软岩巷道中的应用研究

【摘 要】正令煤业轨道大巷为深部软岩巷道，围岩松散破碎，围岩中含有大量膨胀性矿物质。因地质构造和采动影响，大巷断面变形受损严重，本文基于注浆支护理论分析，针对这一情况进行了注浆加固工业实验，结果表明，应用该技术后，巷道底鼓和围岩变形得到有效控制，具有很好的支护效果和经济效益。

【关键词】软岩巷道；注浆加固技术；正令煤业；注浆支护理论

1 前言

注浆技术虽然在我国尚处于新兴研究阶段，但已经开始广泛应用于地铁、隧道、矿井巷道中，其主要作用是堵水、加固。理论和实践都证明，软岩巷道支护时，使支护体达到最大塑性承载能力为最佳，同时必须使其最大的塑性能（如膨胀变形能）以某种形式释放出来。软岩巷道支护的关键是使软岩最大限度地发挥塑性区承载能力而又不松动破坏。因此，根据锚固原理，初期支护采用高强锚网喷支护，即高强锚杆和高强度钢筋网与喷射混凝土联合支护，允许围岩发生一定量的变形，同时又允许围岩产生一定的裂隙以便于注浆，当高强锚杆锚固力达到最大时（二次加固时间），安设注浆锚杆进行注浆加固。由于注浆的再加固作用，使得巷道周边的围岩强度得到提高，同时也提高了锚固强度，使高强锚杆的锚固力得到补充和加强。通过高强锚杆和锚注加固的共同作用，实现高强锚杆和注浆锚杆的强初撑、急增阻、高阻力特性，增加控制围岩变形的能力，提高围岩的整体强度和稳定性，充分发挥围岩的自承能力，有效阻止巷道围岩变形。

2 注浆支护理论依据

2.1 注浆可提高巷道围岩弱面的强度和变形模量

弱面较多的围岩，其强度和变形主要由弱面控制，因弱面的强度及弹性模量均较低，所以巷道围岩变形量大、维护困难。通过注浆，可显著提高弱面的强度和刚度，载荷主要由强度较高的围岩承担，，围岩的破坏由原来强度较低的弱面控制转变为由强度较高的围岩控制。弱面的强度和弹性模量等力学性能的改变，大大提高了岩体的强度，从而提高了围岩的自身承载能力，改善了围岩维护状况。

2.2 充填压密裂隙

注浆是浆液在泵压的作用下，渗透充填一些裂隙，另外经挤压可以使一些充填不到的裂隙闭合，提高围岩强度，，降低岩体的孔隙率，可大幅度提高岩体强度。注浆加固后，浆液在较高的泵压作用下，将围岩内的裂隙充满固结或压密原来的小裂隙，使裂隙端部的应力集中大大削弱或消失，从而使巷道围岩的破坏机制发生转变，如由原来的拉伸破坏转变为压缩破坏等。另外，当围岩中存在大量的裂隙，裂隙附近的岩体处于二向应力状态，裂隙内充满加固材料或压密后，将变为三向应力状态，而岩体在三向应力状态时的强度比二向应力状态时显著增大，并且脆性减弱、塑性增强。

2.3 注浆封闭水源，隔绝空气

水对巷道围岩有软化、溶蚀作用，能显著降低巷道围岩的强度。围岩注浆可有效地封堵流水通道、隔绝巷道流水及防止或减轻水对围岩的弱化，避免围岩强度因水的影响而大幅度降低。风化也会对围岩强度造成较大损失，围岩注浆后封堵了裂隙，可有效地防止围岩风化。

3 注浆加固技术的应用

3.1 工程背景

正令煤业顶软、底软、煤层软，属于“三软”开采条件，矿井由于受地质构造影响、煤层埋藏深（约700m），加之原井巷支护设计不尽合理、施工质量差，同时受采动等诸多因素影响，造成大多井巷严重损坏变形，巷道顶板离层、喷层脱皮，两帮收缩、底鼓等现象普遍。依据正令煤业实际情况，制定了三条大巷采用壁后注浆新方案。

3.2 注浆加固参数

（1）注浆孔的布置和要求。注浆孔呈矩形布置，每孔安设一个锚注管，锚注管规格：为Ф26.8×3000mm。每一断面布置7个注浆孔，排距2400mm；锚注管花眼孔不少于10个。孔口加丝外露50mm，封口段长不小于200mm。

（2）注浆压力。注浆压力参数终压确定为2.5～3.0Mpa。

（3）注浆材料。注浆选用P・S42.5普通矿用硅酸盐水泥，水泥浆按0.8：1的水灰比配制。

3.3 施工方法

（1）先标出锚注孔位，打注浆孔采用MQJ-120J气动锚杆机φ，19中空六角接长式钻杆配合φ28mm双翼钻头严格按照设计孔位、孔深、孔的角度施工。

（2）将注浆管凹凸段缠上生麻，生麻要均匀缠绕在注浆管上，缠绕后的直径不得小于35mm，长度不小于250mm，然后在生麻段淋上3：1水灰比的硫铝酸盐膨胀水泥浆，用大锤将注浆管送入孔内，用大锤时应注意保护好注浆管口的丝扣，注浆管固定后隔24小时以后方可注浆，以确保注浆时有足够的强度。

（3）注浆采用1台ZBY3/7.0-11注浆泵和2台LJ-300搅拌机进行施工。开始注浆前，准备好注浆材料。开机后打开混合器的注浆阀门，关闭放浆阀门，试注水1分钟以上。待确认试运转正常后，迅速将吸浆笼头放入浆液筒内（水泥浆必须搅拌），同时打开放浆阀门，关闭注浆阀门，观察浆液状况，将注浆管与注浆孔位接通后，打开注浆阀门，关闭放浆阀门，开始注浆。

（4）注浆顺序为断面内由下向上，拱顶最后注浆。注浆过程中当注孔达到设计终压后或达到一定注浆量后，方可停止单孔注浆，浆液达到相邻或上水平孔位时也可停止单孔注浆，每孔注浆结束后，应立即将6分球阀拧在注浆管口丝扣上，球阀待浆液初凝后应即时拆卸，尽量循环使用。

（5）注浆时，要注意观察注浆前、后进浆情况，若出现跑漏现象，要及时使用XPM抗渗堵漏剂进行封堵，或间歇注浆以减少漏浆。

（6）注浆中因故暂停注浆，可向孔内压注一定量清水保证注浆通路畅通。

（7）本孔注浆时，相邻孔出浆可用球阀将相邻孔封闭。

（8）注浆时，注浆孔周围3m范围，不得有人。

（9）注浆过程中需要观察注浆泵的运行情况及排浆情况，每次注浆结束后，要立即用清水将管路、机具冲洗干净，并同时对机具设备进行检查维修。

4 注浆加固效果

轨道大巷采用壁后注浆后，通过近3个月矿压观察，顶、底板移近量为2～5，比传统支护效果明显。注浆补强支护，有效地控制了围岩的变形，巷道进行注浆加固以后围岩变形很小且在较短时间内趋于稳定，说明注浆支护对围岩的控制效果良好。由于在设计时预留部分变形空间，巷道在3年内基本不需要再次修护，虽然受采动影响巷道变形加剧，但总体上能满足运输、通风、行人的要求。

5 注浆经济效益

本项目的直接经济效益表现在：该项支护新工艺，使得巷道维修量大大减少，节约了大量的人工费、材料费，矿井安全系数大大提高。按照传统支护工艺，巷道每年最少维修一次（每米费用1.2万元），采用注浆工艺支护后（每米增加0.79万元），巷道可保持3年不用维修。每米巷道可节约：人工费0.6万元、材料费0.3万元、其它费用0.7万元，共1.6万元。按正令煤业三条主要巷道共计3000米计算，可取得直接经济效益4800万元。

6 结语

（1）该工艺使用的注浆管可以起到与锚杆同样的作用，进行二次加固支护，使巷道围岩强度和支承能力得到了显著的提高。

（2）水泥浆液能有效填充围岩裂隙，将松散的围岩在水泥液的作用下形成板结块，改变了围岩的物理力学性能，减少了塑性变形，巷道变形量明显降低，有效地控制了巷道围岩的变形破坏。

（3）对巷道底板的注浆有效地控制了底鼓现象，提高了整个巷道支护结构的承载能力。

参考文献：

[1]王强.煤岩体注浆加固技术在漳村煤矿的应用[J].煤，2008（10）.

[2]孟文福.注浆加固技术防治巷道底鼓的机理研究[J].中国外资，2009（03）.