不同注浆压力下浆液扩散半径试验研究_孙志强.pdf

煤矿现代化2019 年第 5 期总第 152 期 注浆是煤矿常用的一种围岩加固方式， 具有提高 围岩完整性、 增强围岩承载能力的作用， 已经成为维 护巷道稳定的常用加固手段之一。 钻孔间排距是注浆 方案设计当中重要参数之一。 合理的钻孔间排距应该 保障浆液充分扩散， 同时尽量减少浪费， 而钻孔间排 距设计主要依据是浆液扩散半径。 浆液扩散半径影响 因素较多， 尤其受工程条件差异性影响显著， 必须针 对某一具体工程地质条件得出的浆液扩散半径数值 才有意义。目前工程施工中钻孔间排距多具有随意 性， 注浆效果不佳或存在浪费[1～3]。 因此， 本文以石壕煤 业 13162 顺槽为工程背景， 研究该条件下浆液扩散半 径， 指导钻孔间排距合理设计， 同时， 该试验方法可以 应用于其他矿井， 以期提高注浆钻孔设计间排距的合 理性和注浆加固效果。 1工程概况 13162 顺槽采用滞后注浆方式， 根据围岩破坏深 度， 采用 4m、 12m两个孔深， 层次注浆。 1.1钻孔初始布置 4m孔 钻孔上、 中、 下排矩形布置。 上排孔距顶板 1m， 仰角 0； 中排孔距顶板 2m， 仰角 0； 下排孔距 顶板 3.5m， 仰角 0。排距 2m， 孔径 42mm。 12m孔布置 钻孔上、 下排矩形布置， 上排孔开孔 高度距顶板 1.5m， 仰角 5； 下排孔开孔高度距顶板 3m， 仰角 0， 孔深 12m， 排距 2m， 孔径 42mm。 如图 1 所示。 图 14m、 12m 钻孔布置图 1.2注浆材料 4m孔目的是封堵锚杆孔、 裂隙等漏浆通道， 采用 河南理工大学研发的双液注浆材料，由 A、 B 两种粉 料组成， 使用水灰比 0.81， 混合后 1min 左右失去流 动性， 5min～10mmin 终凝， 2h 强度 12MPa 以上，是一 种良好的浅部围岩封堵注浆材料； 12m孔目的是深部裂隙加固， 采用河南理工大学 研发的超细单液注浆材料， 粉料细度＞1250 目， 使用 水灰比 0.61， 浆液可以保持 20min 左右良好流动性， 60min 初凝， 240min 终凝， 1d 强度 25MPa 以上，材料 流动性好、 扩散性强、 强度高、 强度增长迅速， 是一种 不同注浆压力下浆液扩散半径试验研究 孙 志 强 , 张露 （河南能源义煤公司 石壕煤矿 ， 河南 三门峡 472100 ） 摘要 针对目前注浆工程中， 钻孔间排距设计随意性大、 对浆液扩散半径认识不足的问题， 分析了 浆液扩散半径影响因素， 以石壕煤业 13162 顺槽注浆工程为背景， 进行了不同注浆压力下浆液扩散半 径试验， 根据试验结果对钻孔间排距、 注浆终压设计进行优化， 该方法简单易行、 可靠性高， 具有一定 的推广应用价值。 关键词 注浆 ； 钻孔间排距 ； 扩散半径 ； 不同注浆压力 中图分类号 TD353文献标识码 A文章编号 1009- 0797 （2019 ） 05- 0109- 03 Experimental Study on the Diffusion Radius of Slurry under Different Grouting Pressures SUN Zhiqiang, ZHANG Lu （ShihaoCoal Mine, Henan EnergyCoal Company， Henan SanMenxia 472100 ） AbstractIn viewof the current grouting project, the design of the rowspacing between the boreholes is randomness ,and the understanding ofthe diffusion radius ofthe slurryis insufficient. The factors affectingthe diffusion radius ofthe slurryare analyzed. The 13162 reused grout- ing project of Shihao Coal Mine is set as background, the slurry diffusion radius test under different grouting pressures was carried out. Ac- cording to the test results, the design of the inter- hole spacing and grouting final pressure was optimized. The is simple and reliable, and has certain promotion and application value. Key words grouting; drillingdistance ; diffusion radius ; different groutingpressures 109 ChaoXing 煤矿现代化2019 年第 5 期总第 152 期 用于深部围岩注浆的加固材料。 1.3注浆方式 采用循环注浆方式， 20m为 1 个循环， 即先注 4m 孔， 滞后 4m孔 20m开始注 12m孔。 2浆液扩散半径影响因素分析 1 ）围岩裂隙。 裂隙是浆液扩散的通道， 是浆液扩 散半径的决定性因素。 裂隙不发育区域， 扩散半径小， 裂隙发育区域， 扩散半径大； 裂隙发育程度受地质条 件影响， 不同区域变化大； 动压影响巷道裂隙发育程 度随工作面回采矿压显现影响呈动态变化， 区域性明 显。 因此， 必须把同一孔深的试验钻孔集中布置， 尽量 满足裂隙条件接近。 2 ）注浆材料流动性。在煤体裂隙发育程度确定 的情况下， 注浆材料流动性是决定扩散半径的关键因 素。 双液注浆材料稠化速度快， 黏性迅速变大， 可以起 到良好的堵漏作用，同时也决定了材料流动距离小； 单液注浆材料具有良好流动性， 材料超细， 原理上能 够满足任意裂隙的扩散， 同时也决定了单液注浆出现 漏浆时难以封堵， 难以继续提高注浆压力， 造成试验 终止。因此， 12m 孔试验应在 4m 孔已注浆封堵区域 进行， 最大程度减少漏浆。 3 ）注浆压力。 在裂隙发育程度、 材料选择一定的 前提下， 注浆压力对扩散半径起到较大影响作用。注 浆压力是浆液扩散的动力， 注浆压力与扩散半径呈正 相关关系。设置不同注浆压力进行试验， 对比不同压 力下浆液扩散半径。 4 ）注浆流量。注浆流量对扩散半径起到一定影 响作用。对于浅孔， 贯通裂隙较少， 注浆流量过大时， 浆液在孔内扩散不及， 会产生瞬间高压， 造成注满假 象， 人为终止注浆后， 孔内浆液扩散， 裂隙没有得到较 好的充填； 同时， 流量过大， 当出现漏浆时， 停泵处理 堵漏后再次开泵，大流量浆液会瞬间冲开凝固裂隙， 造成漏浆难以封堵。 因此， 浅孔注浆应采用小流量， 而 深孔注浆对流量大小适应性更强。 围岩裂隙由现场条件决定， 浆液流动性与材料本 身有关， 注浆流量受注浆泵选型限制， 注浆压力为现 场可控因素。 3浆液扩散半径试验方案 3.1试验钻孔布置 1 ）4m孔。钻孔布置 在未注浆区域进行， 开孔高 度距离底板 2m，间距 5m，依次布置 6 个，编号为 1～6； 试验压力 0～8MPa； 注浆泵2ZBQ40/11 气动 注浆泵； 注浆材料 双液注浆材料， 水灰比 0.81； 封孔 长度 1m。 2 ） 12m 孔。钻孔布置 在按照初始方案 4m 孔已 注浆区域进行， 开孔高度距离底板 2m， 间距 2m， 依次 布置 6 个， 编号为 1～6； 试验压力 0～12MPa； 注浆 泵 ZBYSB40/22- 7.5kw液压注浆泵； 注浆材料 单液 注浆材料， 水灰比 0.61； 封孔长度 均为 2m。 3.2压力控制方式 在孔口安装压力表， 按照 “漏浆对应压力” 记录方 式， 即每出现一次漏浆， 记录漏浆卸压前一刻压力表 压力， 记录漏点位置与孔口距离， 该距离即为该压力 下扩散半径之一， 最后对数据进行汇总。 3.3试验终止条件 当达到设计压力时，保持设计压力继续注浆， 不 再提高泵压， 泵不工作时停止注浆。如果出现煤体表 面松动或者漏浆难以封堵时， 也可终止。 4试验结果及分析 1 ） 4m孔。共出现 10 处漏浆，第 10 处时重复堵 漏， 注浆终止， 平均注浆量 0.2 吨， 漏浆位置见图 2， 位 置参数见表 1。 图 24m 孔漏浆位置分布图 表 14m 孔漏浆位置参数 由表 1 可知， 4MPa 以内， 水平方向及向下扩散半 漏浆位置编号漏浆位置与孔口距离垂距漏浆前压力 ①大裂隙1.6m- 0.3m3MPa ②裂隙0.5m- 0.5m3MPa ③瓦斯抽放孔1.1m- 0.1m4MPa ④锚索孔0.5m0.1m4MPa ⑤锚杆孔0.6m0.2m4MPa ⑥锚杆孔1.3m- 0.3m6MPa ⑦锚杆孔1.8m06MPa ⑧锚索孔1m- 1m6MPa ⑨裂隙1.9m- 1.8m6MPa ⑩锚索孔3.5m- 0.1m8MPa 110 ChaoXing （上接第 108 页） [5] 蔡峰,张逸龙,徐辉,王浩,孟志刚.基于坚硬顶板应力弱化 的回采巷道大变形控制技术 [J]. 煤炭科学技术,2015,43 （09） 37- 4186. [6] 杨敬轩,鲁岩,刘长友,杨宇.坚硬厚顶板条件下岩层破断 及工作面矿压显现特征分析 [J]. 采矿与安全工程学报, 2013,30 （02） 211- 217. 作者简介 刘凯 （1987-） ， 男， 汉族， 山西临汾人， 本科， 2013 年毕业 于中国矿业大学采矿工程专业， 助理工程师。现就职于霍州 煤电集团河津薛虎沟煤业有限责任公司综采队，主管技术 员。 （收稿日期 2018- 9- 26） 煤矿现代化2019 年第 5 期总第 152 期 径 0～1.6m； 8MPa 以内，水平方向及向下扩散半径 0～1.9m， 平均 1.6m， 最大可达 3.5m， 向上 1m。 4m孔扩散半径关键因素为浆液凝固速度，扩散 半径较小， 注浆压力增大有利于扩散半径增大。 2 ） 12m孔。共出现 9 处漏浆， 其中 7 处为串孔， 2 处为锚索孔漏浆。平均注浆量 0.6 吨， 漏浆位置见图 3， 位置参数见表 2。 图 312m 孔漏浆位置分布图 表 212m 漏浆位置参数 由表 2 可知， 4MPa 以上，即出现大量煤炮声， 裂 隙大量张开， 8MPa 以下， 扩散半径在 0～4m 内均有分 布， 平均 3m， 12MPa 以下， 扩散半径 0m～6m， 水平方 向和向下大于 4m， 向上约 2m。 12m孔注浆， 单液注浆材料良好的流动性决定了 扩散半径较大， 注浆压力的主要作用是使浆液进入深 部微小裂隙和向上部运动， 应不低于 10MPa。 3 ）钻孔间排距优化。4m 孔采用双液注浆材料， 扩散半径较小， 向上更小， 优化为钻孔布置整体上移 500mm， 减小上排钻孔与顶板间距， 排距仍为 2m， 注 浆压力不小于 8MPa，水平方向和向下浆液扩散半径 1.6m， 向上 1m； 12m 孔采用单液注浆材料， 优化为钻 孔高度位置不变， 由于串孔较多， 排距增大到 4m， 注 浆压力不小于 10MPa， 水平方向和向下浆液扩散半径 大于 4m， 向上 2m。 5结论 1 ）浆液扩散半径受围岩裂隙、 浆液流动性、 注浆 压力、 注浆流量等影响， 注浆压力为可控因素； 2 ）进行了 4m孔、 12m孔不同注浆压力扩散半径 试验， 采用 “漏浆对应压力” 方式进行统计分析， 4m孔 注浆压力不小于 8MPa，水平方向和向下浆液扩散半 径 1.6m， 向上 1m； 12m 孔注浆压力不小于 10MPa， 水 平方向和向下浆液扩散半径大于 4m， 向上 2m； 3 ） 根据试验结果对钻孔初始设计进行优化 4m 孔优化为钻孔布置整体上移 500mm，减小上排钻孔 与顶板间距， 排距仍为 2m； 12m孔优化为钻孔高度位 置不变， 排距增大到 4m； 4 ）浆液扩散半径受裂隙发育程度影响最大， 建 议每 200m进行一次浆液扩散半径试验， 进行钻孔布 置优化。 参考文献 [1] 许延春， 杨扬.回采工作面底板注浆加固防治水技术新进 展[J].煤炭科学技术， 2014， 42 （1） 98- 101. [2] 苏清政， 杨渝生， 潘越， 等.整合煤矿采空区内掘进巷道注 浆加固技术[J].煤炭科学技术， 2013， 41 （7） 51- 53. [3] 张淑同， 杨志恒， 汪华君， 等.采场破碎煤体注浆加固渗流 规律研 究 [J]. 采 矿 与 安 全 工 程 学 报 ， 2006， 23（3） 358- 361. 作者简介 孙志强 （1981-） ， 男， 河南三门峡人， 2010 年 7 月毕业于 山东科技大学测绘工程专业。现在从事巷道掘进、 测绘方面 的工作。（收稿日期 2018- 8- 31） 漏浆位置编号漏浆位置与孔口距离垂距漏浆前压力 ①串孔2m0m4MPa ②串孔4m0m4MPa ③串孔2m0m3MPa ④锚索孔1.1m0.8m8MPa ⑤串孔2m0m4MPa ⑥串孔4m0m6MPa ⑦串孔6m0m8MPa ⑧串孔4.5m2m10MPa ⑨锚索孔4.6m2m12MPa 111 ChaoXing