李飛

摘要：介紹小回溝煤礦通過巷道圍巖采用注漿提高巷道道圍巖整體穩(wěn)定性，注漿的目的是充填遭到破壞的巷道圍巖內(nèi)部裂隙，將破碎圍巖進(jìn)行重新組合，提高破碎圍巖的承載能力，同時(shí)恢復(fù)或構(gòu)成完整的巖體結(jié)構(gòu)，進(jìn)而形成連續(xù)的結(jié)構(gòu)體。注漿加固是整個(gè)加固的基礎(chǔ)，有利于后期補(bǔ)打錨桿錨索加固時(shí)錨固力的傳遞，大幅度提高加固質(zhì)量和效果。

Abstract： This paper introduces the grouting technology in the Xiaohuigou Coal Mine to improve the overall stability of surrounding rock. The purpose of grouting is to fill the internal cracks of the surrounding rock of the roadway that has been damaged， and to recombine the broken surrounding rock to improve bearing capacity of the broken surrounding rocks， at the same time to restore or constitute a complete rock mass structure， and then form a continuous structure. Grouting reinforcement is the basis of the entire reinforcement， which is conducive to the transmission of anchoring force when reinforcing the anchor bolts in the later period， and greatly improves the quality and effectiveness of reinforcement.

關(guān)鍵詞：巷道圍巖;破壞嚴(yán)重;巷道圍巖注漿;承載能力

Key words： surrounding rock of roadway;serious damage;grouting of roadway surrounding;bearing capacity

中圖分類號(hào)：TD265 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）13-0141-03

1 工程特征

山西小回溝煤礦由于礦井埋深大、圍巖條件差、地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，已掘大巷圍巖破壞嚴(yán)重，主要表現(xiàn)為強(qiáng)烈底鼓、兩幫移近和頂板下沉，巷道圍巖破壞嚴(yán)重。大巷圍巖普遍破壞深度達(dá)到3.5m以上。現(xiàn)場采取“刷幫、拉底、補(bǔ)打錨索”的方式對(duì)發(fā)生嚴(yán)重破壞的大巷圍巖進(jìn)行修復(fù)。由于巷道淺部圍巖已經(jīng)發(fā)生了明顯的松動(dòng)和破壞，圍巖破碎嚴(yán)重，修復(fù)過程中造成巷道刷擴(kuò)斷面過大和局部頂板冒落（兩幫片落）嚴(yán)重的現(xiàn)象，西輔運(yùn)大巷多處刷擴(kuò)后的寬度達(dá)到7.5m以上，超大斷面巷道形成后極不利于圍巖的穩(wěn)定。另外，礦井4條大巷修復(fù)時(shí)相互影響明顯，隨著巷道淺部破碎圍巖的不斷刷擴(kuò)，相鄰大巷間的煤（巖）柱承受的支撐壓力不斷加大，圍巖穩(wěn)定難度較大。

2 巷道圍巖結(jié)構(gòu)觀測

通過對(duì)礦井大巷修復(fù)區(qū)域進(jìn)行了圍巖結(jié)構(gòu)觀測工作。本次觀測工作在礦井西大巷及2301工作面運(yùn)輸巷道附近區(qū)域共打設(shè)鉆孔21個(gè)，其中有12個(gè)鉆孔淺部圍巖極其破碎，塌孔嚴(yán)重，造成鉆孔窺視探頭無法獲取鉆孔圖像。

現(xiàn)場窺視塌孔狀況描述：

①二采區(qū)變電所開口西30m處右?guī)停ū睅汀⑴c變電所間19m煤柱內(nèi)）：鉆孔過程中，淺部1.5m范圍內(nèi)出現(xiàn)嚴(yán)重卡鉆現(xiàn)象，預(yù)計(jì)嚴(yán)重塌孔深度1.5m;

②二采區(qū)變電所開口西30m處左幫（南幫，與運(yùn)輸大巷間25m煤柱內(nèi)）：塌孔深度1.5m范圍之內(nèi);

③二采區(qū)變電所開口東20m處左幫（南幫，與運(yùn)輸大巷間25m煤柱內(nèi)）：塌孔深度2m;

④泵房開口東25m處右?guī)停ū睅?，與一號(hào)回風(fēng)大巷間煤柱內(nèi)）：塌孔深度0.5m;

⑤一號(hào)回風(fēng)大巷與采區(qū)變電所交叉口向東20m處左幫（南幫，與變電所間9m煤柱內(nèi)），打設(shè)3個(gè)鉆孔，均嚴(yán)重塌孔，塌孔深度集中在1.5～2.0m之間。

⑥二號(hào)回風(fēng)大巷西部尾巷聯(lián)巷向東105m處右?guī)停ū睅?，與運(yùn)輸大巷34m煤柱內(nèi)）2個(gè)鉆孔塌孔，向東160m右?guī)停ū睅停?個(gè)鉆孔塌孔，塌孔深度均在1.5～2.0m之間。

⑦2031運(yùn)輸順槽2301工作面運(yùn)輸順槽聯(lián)巷口向北60m位置處，左幫打設(shè)鉆孔，鉆孔在1.5m范圍內(nèi)出現(xiàn)明顯卡鉆，卡鉆深度1.5m左右。

現(xiàn)場能夠獲得的部分圍巖結(jié)構(gòu)圖像的鉆孔窺視結(jié)果如下：

①主變電所。

②運(yùn)輸大巷（采區(qū)泵房附近）。

鉆孔圍巖結(jié)構(gòu)觀測結(jié)果可以看出：所測區(qū)域巷道圍巖普遍破碎嚴(yán)重，巷道兩幫破碎深度達(dá)到4m，尤其以變電所和水泵房附近圍巖破碎最為明顯，多數(shù)鉆孔2.0m范圍內(nèi)圍巖極其破碎;巷道頂板圍巖普遍松軟破碎，鉆孔淺部圍巖破壞深度在4～5m之間，鉆孔深部圍巖雖然結(jié)構(gòu)相對(duì)完整，但是存在大量細(xì)小裂隙和明顯鉆痕，說明深部圍巖較為軟弱。

3 破碎圍巖注漿

破碎圍巖注漿加固時(shí)，破碎圍巖被注入漿液后，會(huì)將其內(nèi)部裂縫進(jìn)行充填，同時(shí)膠結(jié)已經(jīng)開裂破壞的圍巖，如此便可消除掉已經(jīng)形成的圍巖內(nèi)部的裂隙，將圍巖恢復(fù)成一個(gè)具有完整結(jié)構(gòu)的連續(xù)體。隨著漿液結(jié)石體不斷注入到圍巖中，當(dāng)其強(qiáng)度達(dá)到一定程度后，在高應(yīng)力作用下，能夠有效降低圍巖內(nèi)部開裂造成的損失。由此可知，注漿加固是一種有效加固圍巖的手段，其前提是改變破碎圍巖內(nèi)部結(jié)構(gòu)，結(jié)果表明，其不僅具有良好的加固圍巖的效果，還能夠最大限度地降低圍巖內(nèi)部裂隙區(qū)擴(kuò)容破壞的發(fā)展，且還可以增強(qiáng)破碎圍巖的可錨性，提供充足的錨固力為錨桿錨索支護(hù)貢獻(xiàn)力量。

4 注漿材料的選擇

現(xiàn)階段世界范圍內(nèi)注漿加固都是一種常見的措施，其材料種類繁多，從性質(zhì)上劃分，可將其分為兩大類，分別是懸浮液型漿材和溶液型漿材。在具體的選用過程中應(yīng)結(jié)合多項(xiàng)因素合理選擇，包括注漿的目的、造價(jià)、施工技術(shù)、圍巖條件等，科學(xué)確定漿材及漿液配比。

4.1 水泥基漿材 硅酸鹽類水泥是一種常見的注漿材料，其特點(diǎn)是注漿設(shè)備品種齊全、抗?jié)B性較好、成本較低、工藝設(shè)備簡單、材料來源豐富、耐久性好、結(jié)石強(qiáng)度高等，因此被廣泛應(yīng)用在各類工程中。但同時(shí)該材料在使用過程中也存在一定弊端，包括結(jié)石率低、凝結(jié)時(shí)間不易控制、擴(kuò)散半徑小、漿液容易離析沉淀、漿液難以注入細(xì)小裂隙或孔隙中等。該材料的這些缺點(diǎn)使得其適用范圍大大縮減，且加固質(zhì)量也大打折扣，為能夠適用更多工程，應(yīng)采取有效措施改善水泥漿液的性質(zhì)。一般情況下，可將普通水泥漿液分為兩類，一是單液水泥漿;二是水泥—水玻璃雙液漿。其中水泥—水玻璃雙液漿就不存在上述結(jié)石率低、凝結(jié)時(shí)間不易控制、凝結(jié)時(shí)間長等缺點(diǎn)，可合理選用。需要注意的是該漿液要求在正式開始注漿前，應(yīng)先進(jìn)行細(xì)致的試驗(yàn)測定和試驗(yàn)，將與之相關(guān)的各項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)確定下來，包括水泥漿與水玻璃的體積比、水玻璃的濃度、水灰比等。

4.2 化學(xué)基漿材 化學(xué)基漿材主要指有機(jī)高分子化學(xué)注漿材料，如脲醛樹脂、環(huán)氧樹脂、聚氨酯等。該材料的優(yōu)勢是凝膠時(shí)間可調(diào)、抗?jié)B性高、固結(jié)性能好、滲透能力強(qiáng)等，但不可否認(rèn)該材料也同時(shí)具備諸多劣勢，包括價(jià)格較貴、對(duì)環(huán)境存在一定污染、耐久性較差、結(jié)石體強(qiáng)度較低等。目前主要用于極破碎圍巖巷道的超前加固，在巷道二次加固或維修中應(yīng)用較少。

針對(duì)小回溝煤礦大巷圍巖條件，確定注漿材料應(yīng)以結(jié)石體強(qiáng)度相對(duì)較高、耐久性好、抗變形能力強(qiáng)的水泥基無機(jī)注漿材料為主，在局部裂隙開度較大的部位先可采用水泥—水玻璃雙液漿進(jìn)行淺孔注漿，封堵淺部裂隙及破碎圍巖;然后再深孔高壓注入水泥漿，加固深部圍巖。對(duì)于服務(wù)年限較長且局部出現(xiàn)滲水的永久大巷和硐室，應(yīng)在水泥漿液加固的基礎(chǔ)上，注入一定的化學(xué)漿液，一方面填補(bǔ)水泥漿無法進(jìn)入的巖石微小裂隙;另一方面起到堵水的作用，減輕服務(wù)期間水對(duì)圍巖強(qiáng)度的影響。

5 注漿參數(shù)的確定的注意事項(xiàng)

注漿壓力是漿液在圍巖中擴(kuò)散的動(dòng)力，它直接影響注漿加固質(zhì)量和效果。注漿壓力的選擇應(yīng)注意壓力過高會(huì)引起劈裂注漿，很可能在注漿過程中導(dǎo)致圍巖表面片幫冒頂?shù)绕茐?。如壓力過小漿液難以向四周圍巖中擴(kuò)散。因此，正確選擇注漿壓力及合理運(yùn)用注漿壓力是注漿成敗的關(guān)鍵。一般情況下在注漿終止壓力在2～3MPa。巖石完全破碎、冒落時(shí)注漿壓力<0.5MPa;嚴(yán)重破碎情況時(shí)，注漿壓力<1MPa;裂隙開裂較小可采用1～2MPa。注漿施工過程中，必須保證注漿壓力，對(duì)于滲透性差的巖石，可以采用增密注漿孔的辦法。根出現(xiàn)局部漏漿時(shí)采取相應(yīng)措施，堵漏或壓水后復(fù)注，漏漿嚴(yán)重導(dǎo)致停注的區(qū)域補(bǔ)打注漿孔。

為了防止注漿在圍巖裂隙孔隙發(fā)育的巷道內(nèi)漿液泄漏，注漿時(shí)在控制注漿壓力和注漿量的同時(shí)，還要控制注漿時(shí)間。對(duì)于裂隙、孔隙、層位不發(fā)育的圍巖，吸漿速度較慢，漿液擴(kuò)散較困難，為了提高注漿效果，在關(guān)注注漿壓力時(shí)適當(dāng)延長注漿時(shí)間。漿液在巖石裂隙中的擴(kuò)散是不規(guī)則的，隨著巖層滲透系數(shù)、裂隙寬度、注漿壓力、注入時(shí)間的增加，漿液擴(kuò)散半徑而增大;隨漿液濃度和粘度的增加而減小。通常以調(diào)節(jié)注漿壓力、漿液注入量和濃度等參數(shù)來控制漿液擴(kuò)散范圍，一般要求漿液擴(kuò)散半徑在0.8～1.0m以上。

注漿孔沿巷道走向方向成排布置，排距2.0m，幫部孔間距2.0m、頂板孔間距2.2m，相鄰注漿孔呈“三花”布置，每排布置7個(gè)/6個(gè)鉆孔。注漿孔間距一般需要現(xiàn)場試驗(yàn)確定。對(duì)于巷道圍巖修復(fù)類的加固性注漿，由于眼淺，壓力低，孔間距一般在2～3m以內(nèi)。注漿孔的間距應(yīng)使相鄰兩個(gè)注漿孔的滲透范圍有一定交叉，所以孔間距應(yīng)比二倍滲透半徑小，取大約0.65～0.75的系數(shù)。

采用錨桿鉆機(jī)打設(shè)注漿鉆孔，孔徑不低于42mm?？咨?000mm。注漿深度應(yīng)深于破碎區(qū)邊緣進(jìn)入峰后強(qiáng)度區(qū)較合適。注漿深度盡量深，有利于降低對(duì)注漿強(qiáng)度的要求，同時(shí)，此范圍裂隙發(fā)育，注漿條件好，注漿所需的壓力要求也低。

注漿孔角度：除巷道幫部底角注漿孔呈15°下扎角外，其余注漿鉆孔均垂直巷道表面打設(shè)。

封孔、注漿方式：全部鉆孔埋孔口注漿管（長度800mm的6分鋼管），外接球閥，孔內(nèi)下射漿管，全長一次注漿施工。射漿管為外徑20mm的硬質(zhì)白塑料管，每0.5m對(duì)開一組？準(zhǔn)8～10mm的射漿口。深度7m的注漿孔配套射漿管長度6.0m。利用棉紗和水泥漿（或雙液漿）封孔，封孔長度不小于600mm。

現(xiàn)場施工過程中，注漿深度、注漿壓力、注漿孔布置等注漿參數(shù)根據(jù)現(xiàn)場圍巖條件和漿液擴(kuò)散效果確定。注漿施工時(shí)，應(yīng)根據(jù)圍巖條件、注漿效果、施工狀況及時(shí)調(diào)整加固方案，以確保工程加固效果。

6 總結(jié)

注漿的目的是充填遭到破壞的巷道圍巖內(nèi)部裂隙，將破碎圍巖進(jìn)行重新組合，提高破碎圍巖的承載能力，同時(shí)恢復(fù)或構(gòu)成完整的巖體結(jié)構(gòu)，進(jìn)而形成連續(xù)的結(jié)構(gòu)體，有利于后期錨桿錨索加固時(shí)錨固力的傳遞，大幅度提高加固質(zhì)量和效果。也是保證加固質(zhì)量的基本條件。

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