皇联煤业极破碎围岩注浆重塑技术

邢 超

(晋城煤业集团 赵庄二号井， 山西 晋城 048006)

我国大部分矿井存在巷道变形破坏问题，每年在巷道维修上投入巨额费用，严重影响巷道正常使用和采掘衔接[1-2]. 晋城沁水地区大部分资源整合矿井采用架棚、砌碹支护，巷道变形问题更为突出，每年平均返修2次，投入极大的人力物力。以往破碎围岩重塑多采用化学浆或普通水泥浆注浆，化学浆性能好，但成本高，破碎区域注浆量大，矿井难以负担。而普通水泥凝固速度慢，表层漏浆难以处理，注浆量小，表层注浆效果较差[3-4]. 早强、快凝的注浆材料，合理的注浆时机，合适的注浆工艺是增强注浆效果的重要因素[5]. 山西阳城皇城相府集团皇联煤业二采区回风巷变形破坏严重，巷帮基本丧失承载能力，必须注浆重塑围岩结构，避免多次返修。

1 工程背景

皇联煤业目前开采3#煤层，平均埋深410 m，煤层厚度约6.5 m，二采区回风巷沿煤层底板掘进，断面为矩形，宽4 m ×高3.5 m，留顶煤高度约3 m. 采用架棚支护，棚距1 m.

受地应力及采动影响，二采区回风巷变形破坏严重，近3年内已返修6次。近期出现两帮中上部坍塌，坍塌煤体深度约2 m，塌落煤体挤入巷道内，煤帮呈斜坡，受两帮破坏影响，顶板跨度增大，出现离层下沉，下沉量约500 mm，顶煤十分破碎，顶梁受压弯曲，巷道状况极差。由于无运输条件，该矿将塌落下来的煤体回填顶角，整个巷帮约2 m深度全部为破碎煤块，基本完全丧失承载能力，见图1.

图1 破碎巷帮及顶煤示意图

2 存在问题及解决思路

鉴于二采区回风巷多次返修现状，该矿计划采用锚杆索支护替代架棚支护，以期一次性投入实现巷道长期稳定。目前，破碎块体形成的两帮及顶板根本无法实施钻孔，更无锚固力可言，难以实现，因此必须注浆重塑围岩结构。

由于巷帮及顶板空虚、破碎，预计注浆量极大，并且会出现频繁的漏浆问题。以化学浆为例，消耗注浆材料不低于3 t/m，巷道总长2 000 m，预计消耗6 000 t，按照15 000元/t计算，注浆材料成本高约0.9亿元，而普通水泥又无法满足堵漏要求。因此，必须采用一种既能满足工程需求，又能大幅节约成本的注浆材料，才能实现破碎围岩重塑，实现锚杆索支护。

3 新型无机材料分层注浆工艺

3.1 分层注浆原理

两帮及顶板围岩根据破碎程度不同，可以划分为浅层和深层。浅层为松散体堆积区域，基本丧失承载能力，大裂隙、空洞遍布，为主要的漏浆通道；深层为深部相对完整区域，围岩仍有一定完整结构和承载能力，主要加固内部裂隙。

浅层注浆以充填注浆为主，浆液扩散较为容易，需要解决表面频繁漏浆封堵问题，要求注浆材料具备快凝早强特性，且注浆材料作为将来巷帮松散煤体的骨架，必须具备足够的强度。深层注浆以渗透注浆为主，裂隙变小，贯通性变差，需要材料具备较好的流动性，配合较高注浆压力，便于充分扩散，以填充微小裂隙为主，减少节理面，具备适当强度即可。

由钻孔窥视得出，两帮浅层深度确定为2 m，深层深度确定为7 m，顶板浅层深度确定为3 m，深层深度确定为9 m.

3.2 注浆材料

分层注浆方式中浅层钻孔和深层钻孔对于注浆材料有不同的要求，采用河南力行科创矿山技术开发有限公司研发的新型无机双液材料，通过改变水灰比调整性能，使其满足两种性能要求。

新型无机双液注浆材料分为A型和B型，使用时加水搅拌，水灰比(0.8～3)∶1可调，混合后0.5～3 min失去流动性，8～20 min完全固化，2 h强度2～12 MPa.

浅层注浆采用0.8∶1水灰比，深层注浆采用1.5∶1水灰比，性能见表1.

表1 注浆材料性能参数表

3.3 钻孔布置

1) 顶板钻孔布置。

采用深、浅孔交替布置方式，一排浅孔、一排深孔。浅孔深度3 m，深孔深度9 m.

3 m浅孔每排布置3个钻孔，两侧钻孔距离帮部0.7 m，与水平方向夹角75°，中间钻孔沿巷道中线，垂直于顶板。

9 m深孔每排布置3个钻孔，两侧钻孔距离帮部0.7 m，与水平方向夹角80°，中间钻孔沿巷道中线，垂直于顶板。

2) 两帮钻孔布置。

采用深、浅孔交替布置方式，一排浅孔、一排深孔。浅孔深度3 m，深孔深度7 m.

3 m浅孔每排布置3个钻孔，上部钻孔、中部钻孔和下部钻孔在一条直线上。上部钻孔距离顶板0.5 m，仰角10°，下部钻孔距离底板1 m，垂直于煤帮，中部钻孔在上部钻孔和下部钻孔中间，垂直于煤帮。钻孔排距2 m，孔径50 mm.

7 m深孔每排布置3个钻孔，上部钻孔距离顶板1 m，仰角7°，下部钻孔距离底板0.8 m，垂直于煤帮，中部钻孔在上部钻孔和下部钻孔中间，垂直于煤帮。钻孔排距2 m，孔径50 mm.

顶板钻孔布置平面图见图2a)，两帮钻孔布置平面图见图2b)，浅孔布置断面图见图2c)，深孔布置剖面图见图2d).

图2 钻孔布置示意图

3.4 注浆工艺参数

1) 封孔。

顶板上方约有3 m厚顶煤，以上为岩石。前3 m采用d50 mm钻头扩孔，后6 m采用d33 mm钻头。

两帮3 m浅孔封孔长度0.5～1 m，越短越好，7 m深孔封孔长度1～2 m，采用棉纱或编织袋在封孔范围全长缠绕严实，不得只局部缠绕。

2) 注浆压力。

浅层注浆压力1～3 MPa，无需过大，出现漏浆时，暂停注浆0.5～1 min，浆液自行凝固封堵后复注，保证浅层绝大部分大裂隙都得到扩散填充。

深层注浆压力5～8 MPa，深层裂隙发育程度低，使浆液在泵压作用下充分扩散。

4 效果考察

1) 扩散效果。

注浆完毕后，施工钻孔进行窥视，成孔良好，可见大量浆液痕迹，浅部浆圈数量多、宽度大，深部数量少、宽度小，未发现未被充填的裂隙，扩散效果良好。部分钻孔窥视图见图3.

图3 钻孔窥视图

2) 锚索拉拔试验。

施工5根5.4 m长锚索，正常端锚进行拉拔试验，锚固力分别为32 MPa、35 MPa、33 MPa、32 MPa、36 MPa，锚固力足够，完全可以满足工程需求。

3) 经济效益。

新型无机注浆材料巷道注浆量约3 t/m，2 000元/t，巷道注浆材料消耗6 000元/m，不足化学浆成本的1/7.

5 结 论

1) 介绍了分层注浆原理，根据破碎程度不同将围岩划分为浅层和深层，两帮浅层深度确定为2 m，深层深度确定为7 m，顶板浅层深度确定为3 m，深层深度确定为9 m.

2) 采用新型无机注浆材料，通过改变水灰比调整性能，使其满足两种性能要求。浅层注浆采用0.8∶1水灰比，深层注浆采用1.5∶1水灰比。

3) 效果考察表明，钻孔窥视可见大量浆液痕迹，未发现未被充填的裂隙，扩散效果良好；锚索锚固力足够，使用新型无机注浆材料，不足化学浆成本的1/7.