软岩巷道壁后注浆加固在冯营矿应用的效果分析

摘要：焦煤集团冯营矿2404回采区段2404集中巷，巷道围岩破碎，巷道侧压大，变形严重，通过巷道壁后注浆加固，改善了巷道围岩力学性质，为后期巷道安全掘进工作提供了有利条件，为矿井高产高效提供了一项实用技术。

关键词：壁后注浆 注浆加固 注浆工艺

1 工程概况

2404集中巷垂深为330～320m，井下标高-233.903

～-211.900m。老顶为细砂岩，厚6.57m；直接顶为灰黑色粉砂岩，厚10.27m；伪顶为黑色质软泥岩、灰白色粉砂岩，厚0.2～2m；直接底为灰黑色粉砂岩，厚9.86m；老底为灰黑色细砂岩，厚4.66m。2404集中巷统尺310～620m巷道两帮为采空区。巷道自开掘以来，巷道支护支架由于矿压影响多次变形，屡次变更巷道支护形式，仍不能彻底解决该问题。2011年10月，为解决2404集中巷变形、底鼓，在2404集中巷310～620m段支护采用3.6×2.7mU29钢支架+注浆。2404集中巷受2404、2406工作面采空区采动影响，围岩比较破碎，需对其进行加固，以保证巷道围岩的稳定性。

2 巷道岩体裂隙影响及壁后注浆固化机理

2.1 巷道围岩裂隙来源 造成巷道裂缝主要有两方面的原因：第一，岩体在巷道开挖之前就已经存在软面，包括岩体形成过程中产生的层理、节理面以及受地壳运动产生的构造裂缝等，由于这种裂缝在沉积岩中以缓倾斜分布为主，因此从宏观上控制着巷道围岩的稳定性；第二，受到巷道开挖以及采动产生的新裂缝，这些裂缝由于受到应力的变化导致巷道周围掩体破裂，这些破裂面与原来的裂缝在巷道的开挖过程中受到风化的影响进一步发育直接影响巷道围岩的稳定性。巷道岩体裂隙在受到裂隙水等其他因素的影响，进一步发育造成围岩破碎，巷道顶板下沉，巷道底板底鼓等巷道变形现象的产生，直接影响到矿井正常生产。

2.2 壁后注浆固化机理 巷道壁后注浆固化的机理：第一，增大弱面的摩擦力相当于提高了围岩的内摩擦力和黏聚力，因此增大了岩块内相对位移的阻力从而提高了稳定性；第二，浆液流入裂缝中后就会经过固结而封闭裂缝，这样水就不会通过裂缝渗入岩体而软化围岩；第三，破碎松散的岩体经过浆液会重新胶结成一个整体，从而形成了一个承受外载的注浆帷幕带，使之与巷道支架共同承载巷道周围的压力，从而减少了巷道变形。

2.3 壁后注浆加固作用

2.3.1 提高岩体强度。为了改善弱面的力学性能提高裂隙的黏聚力和内摩擦角，注浆时都是利用压力把浆液压到围岩体的裂缝中去，这样就增大了岩体内部岩块之间相对位移的阻力，从而提高了围岩的整体稳定性。有关研究表明注浆可以提高破裂后砂岩的强度，能够提高破裂后粉砂岩和页岩强度的1～3倍。

2.3.2 形成承载结构。通过注浆加固可以使破碎的岩块重新胶结成整体而形成一个整体的承载结构，这样围岩就具有了一定的自稳能力，与巷道支架共同作用就减轻了支架的载荷。有关研究表明，巷道围岩注浆加固后可使巷道支架载荷降低2/3～4/5，如围岩与支架协调变形时，巷道支架载荷将降低3/4～5/6。

2.3.3 改善围岩赋存环境。对破碎的巷道围岩注浆后可以封闭裂隙，这样就阻止了水、气等侵入岩体内部而有效的防止了水害还风化，能够保持围岩力学性质长期稳定。同时，注浆后围岩的渗透性为注浆前的1/10～1/100。

3 壁后注浆加固参数设计及施工工艺

3.1 注浆基本原则 巷道的表面经常在注浆前进行喷层来封闭围岩面，喷层既可以作为注浆的垫层，又可以起到防止漏浆的作用，但是实际中喷层并不是完整的，因此注浆过程中漏浆是必然的。为了减少漏浆，除了改善浆液性能提高凝结时间外，调低注浆压力也会有很明显的作用。裂缝和注浆孔的交叉程度决定了注浆结果的好坏，由于巷道裂缝发育分布具有很强的随机性，因此巷道注浆的间排距应该考虑浆液的扩散范围的交叉性。

3.2 注浆参数设计

3.2.1 注浆孔间排距布置。一般情况下注浆孔的排距可以设计为3～4m，设计应使2个注浆孔渗透距离存在交叉。根据该地区围岩的具体特点和加固施工工艺，取0.7的注浆系数，即排距为3m，采用注浆孔间排距为1.5m×3.0m，注浆孔角度与巷壁角度呈90°，注浆管由拱顶向两边布置，布置位置为正顶一根，两帮各两根，每组5根。

3.2.2 注浆孔深度。注浆孔深度主要取决于巷道围岩破碎程度及破碎范围。通过经验公式估算该巷道围岩裂隙发育范围r：

r=（0.78+2.13γH/Rc）a

式中γ—岩石的容重

H——巷道的埋深

Rc——顶板及两帮岩石单轴抗压强度

a——巷道的半径

根据该巷道的实际围岩破坏情况及我矿注浆实践情况，工程实践中一般设计取2.0m左右。结合该地区的实际情况，取注浆孔深1.5m，选用的注浆管为2寸钢管加工焊制而成，注浆使用水泥为P.C32.5普通硅酸盐水泥。

3.2.3 注浆压力。巷道壁后注浆压力取决于围岩的渗透性、浆液的流动性。巷道浅孔注浆一般不超过2.0MPa。

3.3 施工工艺 标孔钻孔检查孔质量安装注浆管封孔准备注浆开泵注浆凝固检查注浆质量验收。

3.4 注浆施工工艺要求 为保证注浆加固施工质量和施工安全，在注浆施工中应注意以下事项

4 矿压观测分析

为了观测巷道压力显现程度，在2404集中巷300m注浆巷道范围内，每隔50m布置一个测点，共布置5个测站，采用“十字断面法”观测巷道的两帮变形量，底鼓量和顶板下沉量。注浆前后巷道表面的收敛变化图如下图所示：

通过上图我们可以看出注浆前平均底速度、两帮移近量和顶板的下沉速度分别为4.29 mm/d、1.71mm/d和1.54mm/d，注浆后的速度分别变为0.56mm/d、0.42 mm/d和0.41mm/d。因此，注浆前后巷道的底板底鼓量、两帮移近量和顶板的下沉量的变化速度明显的趋稳。此外，从注浆前后巷道表面收敛的变现速度也可以发展注浆后三项指标的变化速度明显小于注浆前并且趋于平稳。从巷道表面位移观测结果可以看到，壁后注浆对控制巷道变形的效果非常显著。

5 结语

通过对2404集中巷310～620m段进行壁后注浆加固施工，对巷道破碎围岩进行加固，使之成为整体，提高了围岩的力学性能和承载能力，为保证矿井安全生产提供了有力的条件，是煤矿井下巷道维护的非常实用技术。

参考文献：

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[2]韩立军.岩土加固技术[M].徐州：中国矿业大学出版社，2005.

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[4]阮文军.注浆扩散与浆液若干基本性能研究[J].岩土工程学报，2005.

[5]王建鹏.顶板破碎带应用化学注浆加固技术的研究[J].山西焦煤科技，2008.

作者简介：

刘林涛（1989-），男，河南商丘人，助理工程师，现从事煤矿技术管理工作。