破碎围岩分层注浆加固技术关键问题探讨_冯笑.pdf

煤矿现代化2020 年第 1 期总第 154 期 巷道注浆能够增加破碎围岩完整性、 提高围岩承 载能力， 起到主动支护作用， 在煤矿广泛应用。 但是注 浆方案设计大多依赖经验， 对科学设计认识不足或者 缺乏指导， 巷道围岩条件变化多样， 因此， 针对具体工 程难以取得理想注浆效果[1-3]。注浆作用充分发挥， 关 键在于正确认识到裂隙发育情况变化对注浆材料、 注 浆压力、 注浆时机、 浆液扩散提出的要求。 本文针对此 问题展开探讨。 1分层注浆工艺介绍 分层注浆工艺基本思路是根据破碎围岩内部裂 隙发育程度不同，将其划分为浅层和深层两个区域， 针对两个区域裂隙发育程度分别采用不同的注浆方 式。对于浅层， 裂隙发育程度高， 裂隙开度大、 贯通性 强， 同时也是深层注浆的漏浆通道， 适合采用速凝注 浆材料， 低注浆压力渗透注浆， 目的在于封堵围岩浅 层， 防止围岩风化， 封闭漏浆通道； 对于深层， 裂隙不 发育， 裂隙开度小、 贯通性差， 适合采用流动性好、 高 细度、 高强度注浆材料， 配合高注浆压力压密注浆甚 至劈裂注浆， 目的在于使浆液充分扩散， 导通并填充 微小裂隙。浅层注浆和深层注浆相互配合， 共同提高 注浆效果。 2分层注浆关键问题探讨 2.1钻孔设计依据 1 ）围岩浅层和深层划分。采用围岩松动圈测试 和钻孔窥视相结合方式， 确定围岩破坏范围和裂隙发 育情况， 将围岩划分为浅层和深层， 浅层一般 0～4m， 深层一般 4～12m； 2 ） 确定浆液扩散半径。先进行浆液扩散半径试 验，以浅层钻孔为例，先布置至少 3 个浅孔，间隔 5m～10m， 进行注浆， 分别记录不同注浆压力下漏浆 距离， 最后进行汇总分析， 得出注浆压力与扩散半径 关系； 3 ）钻孔设计。 根据划分的浅层和深层， 确定浅层 和深层的钻孔深度， 根据浆液扩散半径， 分别确定浅 层和深层钻孔的间排距。 2.2注浆材料 1 ）浅层注浆材料。 浅层裂隙发育程度高， 漏浆严 重， 注浆材料应满足快速凝固， 快速封堵漏浆。 以河南 破碎围岩分层注浆加固技术关键问题探讨 冯笑 （霍州煤电集团鑫钜公司 ， 山西 霍州 031400 ） 摘要 目前煤矿对巷道注浆加固技术认识不足， 本文提出分层注浆技术， 针对钻孔设计、 注浆材料 选择、 注浆压力、 注浆时机等关键问题进行分析探讨， 提出综合性建议， 给巷道注浆设计提供理论依 据， 使巷道注浆设计更具有针对性， 取得更好的注浆效果。工程实例表明， 根据最佳注浆时机， 采用分 层注浆加固技术可以有效封闭浅层巷帮， 提高深孔注浆量， 控制围岩变形。 关键词 分层注浆 ； 钻孔设计 ； 注浆材料 ； 注浆压力 ； 注浆时机 中图分类号 TD353文献标识码 A文章编号 1009- 0797 （2020 ） 01- 0133- 03 Discussion on Key Problems of Layered Grouting Reinforcement Technology for Broken Surrounding Rock FENG Xiao （Huozhou Coal and ElectricityGroup Xinju Company , Shanxi Huozhou 031400 ） Abstract At present, coal mines have insufficient understanding of roadway grouting reinforcement technology. This paper proposes layered grouting technology to analyze and discuss key issues such as drilling design, grouting material selection, grouting pressure and grouting timing, and put forward comprehensive suggestions for roadway. The groutingdesign provides a theoretical basis tomake the grouting design of the roadway more targeted and achieve better grouting effect. The engineering example shows that according to the optimal grouting time, the layered grouting reinforcement technology can effectively close the shallowalley, improve the deep hole grouting and control the surrounding rock deation. Key words layered grouting; borehole design ; groutingmaterial ; groutingpressure ; groutingtiming 133 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 1 期总第 154 期 理工大学研发的双液注浆材料为例，双液混合后 1～2min 失去流动性， 5min～10min 终凝， 2h 单轴抗压 强度 11MPa， 可以起到快速堵漏的作用； 2 ）深层注浆材料。深层裂隙不发育， 贯通性差， 注浆材料应满足超细、 流动性好、 高强度， 能够使浆液 在裂隙中充分扩散， 填充微小裂隙。以河南理工大学 研发的单液超细水泥注浆材料为例，材料细度 1250 目， 浆液具备 20min 左右良好流动性， 60min 初凝， 1d 单轴抗压强度 22MPa 以上。 2.3注浆压力设计 1 ）根据钻孔间排距。浆液扩散半径与注浆压力 密切相关， 在钻孔间排距确定的情况下， 必须根据注 浆压力与浆液扩散半径之间关系， 满足浆液的充分扩 散， 相邻钻孔扩散半径相互交叉， 所有钻孔联合扩散 范围必须覆盖整个巷帮， 注浆压力设计应略大于满足 整个巷帮扩散所需的注浆压力； 2 ）根据巷帮鼓出情况。 注浆初始阶段， 浆液充填 已有裂隙， 巷帮基本不发生变化， 当注浆压力逐渐升 高， 浆液会挤压煤体或者张开裂隙， 使巷帮发生轻微 鼓出， 软煤注浆巷帮鼓出尤为普遍， 巷帮轻微鼓出属 正常现象， 但不应超过 100mm， 超过时应减小注浆压 力或停止注浆； 3 ）建议值。一般浅层注浆孔口终压 1～6MPa， 深 层注浆孔口终压 4～10MPa。 2.4最佳注浆时机 1 ）静压巷道。 对于不受动压影响的巷道， 如矿井 主要大巷， 裂隙发育程度变化缓慢， 对已形成裂隙， 可 以经过分析， 直接进行浅层和深层注浆， 不存在最佳 注浆时机问题； 2 ）动压影响巷道。 如工作面复用顺槽、 离采面较 近的盘区集中巷， 其裂隙发育随工作面回采动压影响 而变化， 裂隙发育经历未受采动影响阶段、 初始张开 阶段、 剧烈发展阶段、 稳定阶段。 大量的理论研究和工 程实践表明， 在未受采动影响阶段， 裂隙发育程度低， 可注性差， 注浆压力高而注浆量极小， 注浆后受动压 影响， 裂隙重新张开， 注浆效果较差； 而在剧烈发展阶 段， 注浆过程中新的裂隙不断产生， 注浆量较大， 虽能 抵抗一定的巷道变形破坏， 但巷帮内仍然存在较多裂 隙， 影响巷道后期稳定； 在稳定阶段， 大量裂隙已经生 成， 注浆量极大， 但是由于巷帮变形量大， 原始锚杆索 支护大量破坏， 巷帮已经丧失大部分承载能力， 新补 锚杆索锚固力下降， 即使注浆也难以保证后期巷帮稳 定， 并且需要消耗大量的注浆材料。 因此认为， 裂隙初 始张开阶段为最佳注浆时机，此时巷道有一定变形， 压力适当释放， 裂隙贯通性增强， 可以显著提高注浆 量， 同时， 巷帮围岩结构仍较为完整， 注浆后及时进行 锚杆索补强， 控制巷帮位移， 能够起到良好的注浆效 果， 并能大幅节约注浆材料使用。 3工程实例 3.1基本情况 赵庄煤业 13092 复用巷道需要经历 1309 工作 面、 1310 工作面两次采动影响， 位置关系如图 1。 其中 以 1309 工作面一次回采引起的巷道围岩变形破坏最 为剧烈，不进行注浆加固时，两帮平均移近量约 1200mm～1500mm， 断面急剧收缩， 严重影响复用， 影 响采掘衔接。 图 1巷道与工作面位置关系 3.2关键参数确定 最佳注浆时机通过对 13092 复用巷道变形观 测， 认为工作面前方 50m 至工作面后方 200m， 为裂 隙初始张开阶段， 裂隙逐步贯通， 但整体承载结构未 发生破坏， 此时进行注浆， 能够取得最好的扩散效果， 同时最为节约注浆材料，确定工作面前方 50m 至工 作面后方 200m 为最佳注浆时机， 跟随工作面推进进 行注浆。 钻孔设计及注浆参数 首先在最佳注浆时机区域 内， 对帮部进行钻孔窥视， 根据裂隙发育程度， 以距离 帮部 4m 位置为界， 将围岩划分为浅层和深层， 浅孔 设计孔深 4m、 深孔设计孔深 8m， 然后通过不同压力 下浆液扩散半径试验，确定 4m 浅孔间排距为 1m 1m，注浆压力不低于 5MPa，使用浅层注浆材料； 8m 浅孔间排距为 2m2m， 注浆压力不低于 9MPa， 使用 深层注浆材料。 3.3效果考察 注浆量 4m 浅孔平均单孔注浆量 0.25t， 8m 深孔 平均单孔注浆量 1t， 可以看出， 4m浅孔对浅层起到有 效的封堵作用，减少了 8m 深孔注浆时漏浆现象， 极 大地提高了扩散效果和注浆量； 巷道变形考察 采用分层注浆加固后， 通过巷道 （下转第 138 页 ） 134 ChaoXing （上接第 134 页 ） 变形观测， 两帮移近量控制在 600mm以内， 比未注浆 情况下减小 50以上。 4结论 1 ）介绍了分层注浆工艺，针对围岩不同深度裂 隙发育情况不同， 划分为浅层和深层， 采用不同的注 浆方式； 2 ）从钻孔布置、 注浆材料、 注浆压力、 注浆时机 4 个方面， 探讨了巷道注浆的关键技术问题， 为注浆设 计提供了理论依据。 3 ）工程实例表明， 根据最佳注浆时机， 采用分层 注浆加固技术可以有效封闭浅层巷帮， 提高深孔注浆 量， 两帮移近量较未注浆时减小 50以上。 参考文献 [1] 魏锦平， 张翔， 李宗苓， 等.软岩巷道补强加固技术[J].煤 炭工程， 2011，（9） 78- 80. [2] 候进山.21101 综采面底板注浆改造技术研究及应用[J]. 煤炭工程， 2013，（6） 55- 57. [3] 徐香庆， 郭文喜.松软破碎巷道注浆加固技术研究应用， [J].煤炭工程 2012，（7） 29- 31. 作者简介 冯笑 （1991-） ， 男， 山西霍州人，2015 年毕业于安徽理工 大学， 工学学士， 目前在霍州煤电鑫钜公司技术研究所从事 采掘和安全管理方面的工作。 （收稿日期 2019- 1- 1） 煤矿现代化2020 年第 1 期总第 154 期 图 9B 型螺线圈在位置 12 的煤泥分选试验 从图 8 可以看出，在电流为 0～2A 时，精煤产 率、 精煤灰分及尾煤灰分均增加， 分选密度提高， 当电 流增加时， 三个指标都发生了降低， 分选密度也降低。 图 9 为 B 型螺线圈的试验结果，可以看到，电流为 0～4A时， 精煤产率、 精煤灰分及尾煤灰分增加， 分选 密度提高， 当电流为 4～6A 时， 精煤产率及精煤灰分 增加， 尾煤灰分降低， 其分选密度降低， 电流再增加 后， 在电流为 6～10A 时， 精煤产率及尾煤灰分降低， 精煤灰分仍增加， 此时， 磁场对旋流器的分选作用起 到的是一种反作用， 破坏了旋流器的分选工况。 3结论 1 ） 外加螺线圈的电磁效应可以调节旋流器的分 选密度； 2 ）B 型螺线圈在提高旋流器分选密度的方面， 有着比 A型螺线圈更广泛的电流调节范围； 3 ）螺线圈位于旋流器筒体段，弱电流有利煤泥 分选精度的提高， 螺线圈越靠近筒体上端， 强电流产 生的磁感应使旋流器的分选工况得到影响； 4 ）微电流作用下， 螺线圈的位置不同， 产生的磁 感应强度均能提高旋流器对煤泥分选。 参考文献 [1] 赵树彦. 中国选煤的发展和三产品重介旋流器选煤技术 [J].洁净煤技术， 2008， 14 （03） 12 - 14. [2] 赵树彦. 无压给料三产品重介旋流器在我国的发展现状 及其前景[J].中国煤炭， 2005， 4308 14 - 16. [3] 刘峰. “十五” 期间重介旋流器选煤技术的研究与发展[J]. 选煤技术， 2008， 3604 6 - 11. [4]A.G.Fricker， Trans.Inst.Min.Metall.9Sect.C ） , 94， 1985 158- 165. 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