煤矿掘进巷道注浆加固技术的探讨

时间：2022-08-23 17:45:04 来源：千叶帆本文已影响人

　　摘要：在煤矿巷道掘进施工过程中，注浆加固技术发挥着重要的作用，对煤矿安全开采有比较大的影响。本文以实际工程为例，首先对注浆材料的选择进行了分析，然后对煤矿掘进巷道注浆加固技术进行了探讨，工程施工后保证了巷道的稳定性，取得了良好的加固效果。
　　关键词：掘进巷道；注浆加固技术；巷道充填施工
　　1.工程基本概况
　　本项目中煤矿属于整合煤矿，煤层平均厚度可达4.6m，顶板裂隙属于厚9.2m的泥岩型，底板裂隙属于铝质泥岩型，厚度为108m。掘进过程中，在巷道掘进达25m处，项目发生了顶板和采空区塌落的状况，待选用木垛和架棚協同支护施工后，可继续掘进达到37m时，结合现场施工情况，掘进巷道在24m～37m段出现顶板冒落，高度可达10m。掘进工作面会发生片帮、冒顶等状况，对安全掘进作业造成了比较大的影响，需要采取注浆加固措施开展加固施工。
　　2.注浆材料
　　为保障工程的牢固，需合理选取工程注浆材料，其中包含化学注浆材料和水泥注浆加固材料。
　　（1）水泥注浆材料选择：针对渗流速大于10-4cm/s的岩石裂缝，最佳注浆加固材料是水泥浆液。水泥材料具备一定粒径，普通硅酸盐水泥其粒径常常不少于0.088mm，改性后的525号普通硅酸盐的粒径均不低于0.040mm。由此可见水泥浆液均无法满足0.007mm的缝隙加固。
　　（2）选择最佳化学注浆材料：许多高分子有机化学类的注浆材料多被使用于某些颗粒型悬浊液注浆加固材料不能渗入的岩土工程中，以及其他的防堵渗漏和加固补强的项目工程。因溶胶分散相多数粒径控制在10-7cm～10-5cm内，因此常被应用于岩土和矿山等项目。本项目工程中，施工巷道所处采空区或其周围，该岩层以泥岩为主，残留着很多微小的裂缝，结合各类因素选定最佳加固材料为漏必堵CM-21和固安特CM-11。其中漏必堵CM-21材料常应用于井下的密封和填充，属于一类高分子聚合填充封堵的泡沫材料，常应用于井下结构的密封和填充，其隔气性和柔韧性非常好，可燃性很低，且不续燃，是瓦斯封闭和火灾处理的最佳材料，同时其反应速度非常高，膨胀率和抗压力特性也很高[1]。固安特CM-11材料是树脂和催化剂以体积比1∶1组合形成，属于一类高分子双液型注浆加固材料，广泛应用于井下结构松散或破碎的煤岩体的注浆加固施工，有效解决了片帮、渗水、冒顶等相关技术问题，其特点是黏合性很强，反应速度随条件不同会有所变化，具有较强的机械性能，地层黏合效果非常好且效果持久。对于细微缝隙的渗透加固有着显著效果，可有效应用于加固破碎煤岩体及细小缝隙的封堵施工中。
　　3.巷道注浆加固施工技术要点
　　本项目巷道施工地处采空区或其附近，因施工场地地理环境的空间裂隙很大，且采空区周围以泥岩为围岩，柔软性很强，遇到水后产生化学、物理反应，进而使得岩体出现膨胀变化，因此巷道施工中很容易出现顶板沉降，底板和两帮发生膨胀等情况，造成巷道维护非常难。在巷道掘进过程中会经过上层岩体塌陷的采空区，易造成掘进施工工作面的顶板随掘随塌情况[2]。随着掘进距离越来越长，巷道承载的压力越来越大，使得巷道损坏非常严重，因此必须开展巷道掘进的注浆加固施工。
　　3.1前期准备
　　为避免和降低泥浆液沿孔边流出，造成材料浪费，可以在煤矿掘进巷道内围岩和支护体的暴露面喷刷一层性能相同的高强度注浆材料，使得喷刷层和原支护层黏合在一起，形成封闭的煤岩壁结合层。
　　3.2浆液拌和及注浆
　　借助搅拌机，严格按照设计的水灰比提供材料，通过不断灌注清水，均匀混合材料，用吸浆管连接料桶和搅拌机，之后开泵注浆。通过调节调压阀来改变搅拌机中的注浆压力，实时关注注浆量、注浆速度及漏浆现象等，合理改变注浆方式，确保注浆质量。
　　3.3注浆孔设置
　　对于总回风巷的断层处注孔设置选用三花孔模式，围绕回风巷中心，依次在两侧布设间距为1m的3个钻孔，孔顺着顶板方向，倾角为40°，深度可达4m～5m；第2排注浆孔位于第1排注浆孔下方，距离为0.5m，采用插花布设，0.5m间距，4m～5m孔深，倾角为10°，详情见图1。
　　封孔位置处于1.5m处，可结合现场实际施工适当修整循环封孔位置，循环注浆向前推进距离为3米/次，第一次注浆循环完成后，为避免冒顶情况需对顶板和巷帮分别进行注浆加固施工，后面循环只需进行超前加固即可。
　　3.4注浆加固的施工要点
　　为提升巷道掘进围岩的承载力、力学性能及稳定巷道岩体结构，需先对围岩开展注浆加固施工后进行支护施工。注浆加固施工流程如下：
　　（1）按照注浆加固施工要求，合理设计并钻设注浆孔，孔径为42mm，深度、倾角可结合实际情况稍微调整一下；（2）安装多功能注浆泵，合理固定注射枪；（3）用2根吸料管分别连接马丽散树脂、催化剂材料桶和注浆机，通过气动压力活塞的作用使得原材料进入注射枪，并灌入地层，渗入裂缝中，以最快的反应速度完成注浆加固施工，确保注浆压力达3MPa～5MPa；（4）为确保巷道围岩缝隙的紧密填充，原则上停止注浆的标准是注射枪不再吸取浆液；（5）停止注浆，选用树脂材料进行管路和注射枪的冲洗工作；（6）改变孔进行注浆施工，重复②～⑤施工流程步骤，待完成所有孔的注浆施工后，采用清洗剂对多功能泵及其附件进行彻底清洗。
　　工程注浆加固时，施工工艺简便，操作便捷，现场要求低，可有效实现注浆加固目的。首先由于固安特CM-11和漏必堵CM-21材料的反应时间很短，且材料固结周期也很短，故而整个注浆加固速度非常快，且不影响正常采煤生产；其次注浆加固施工便捷，注浆设施操作简单，占地面积不大，最大程度减小了对采煤作业的影响[3]；最后注浆加固所用材料较少，其中漏必堵CM-21材料具有很强的黏结力和膨胀性，材料用量少、加固质量好、对防漏支架要求非常低，是冒空区充填的最佳选择材料，因其材料消耗少，抗压强度高，可充分符合顶板压力需求；固安特CM-11材料因其绝燃性非常好，可充分满足煤矿安全生产的需求。

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