赵庄煤业大变形复用巷道注浆加固技术研究_王伟.pdf

赵庄煤业大变形复用巷道注浆加固技术研究 王 伟 （晋城煤业集团赵庄煤业 ，山西 晋城 048000 ） 摘要 针对赵庄煤业强动压影响复用巷道大变形、 多次返修的问题， 研究了复用巷道变形规律， 将 巷道变形区域分为初始影响区、 剧烈影响区和稳定区； 分析了各分区的裂隙发育程度和可注性， 确定 了最佳注浆时机； 最后制定了二次注浆综合加固方案。 结果表明 通过两次注浆加固， 巷道两帮最终变 形量 600mm、 顶底板移近量 500mm， 与未注浆区域相比， 两帮变形量减少 40左右， 顶底板移近量减 少 37左右； 围岩变形得到有效控制。 关键词 复用巷道 ； 最佳注浆时机 ； 二次注浆 中图分类号 TD353文献标志码 A文章编号 1009- 0797 （2019 ） 03- 0051- 03 Study on Grouting Reinforcement Technology of Large Deed Reuse Roadway in Zhaozhuang Coal Industry WANG Wei （JinchengCoal IndustryGroup ZhaozhuangCoal Mine , Jincheng 048000 ， China） Abstract Aimingat the problem oflarge dynamic deation and multiple rework ofmultiplex roadway affected by strong dynamic pressure of Zhaozhuang Coal Industry, the deation lawof multipld roadway was studied, the roadway deation area is divided into initial the affected area, the severelyaffected area and the stable area; the fracture development degree and the reproducibilityofeach sub- area were an- alyzed, and the optimal grouting time was determined. Finally, a twice comprehensive reinforcement scheme was developed. The results show that through twice grouting reinforcements, the final deation of the roadway was 600mm and the roof- to- floor convergence was 500mm. Compared with the unsoiled area, the deation of the roadway was reduced by about 40. The amount of floor movement was reduced by about 37; the deation ofthe surroundingrock was effectivelycontrolled. Key word reuse roadway; best groutingtime ; twice grouting 赵庄煤业大采高综采工作面一般布置 3～5 条 顺槽， 部分顺槽保留下来为下一工作面复用。由于 受地应力增大、 强烈采动影响、 地质构造增多等诸 多不利因素影响， 复用顺槽变形严重， 需要多次返 修， 加上赵庄煤业顺槽长度超过 2000m， 返修工程量 巨大， 严重影响了回采效率[1-4]。注浆加固作为一种 有效的主动支护手段，已在煤矿得到广泛应用， 但 是复用顺槽不同于大巷等静压巷道， 其变形规律与 工作面相对位置关系息息相关， 需要考虑最佳注浆 时机， 盲目注浆加固效果事倍功半[5-7]。对此， 在赵庄 煤业 13092 复用顺槽开展注浆加固工业性试验， 掌 握复用顺槽变形规律和注浆加固时机， 为相似工程 提供理论基础。 1工程背景 赵庄煤业 13092 巷为 1309 工作面回风顺槽， 全 长约 2340m， 服务于 1309 和 1310 两个工作面， 目前 1309 工作面正在回采当中， 1310 工作面尚未回采。 1309 工作面走向长度 2340m， 倾向长度 220m， 煤层 厚度 4.7m， 采用一次采全高后退式开采方法。巷道 与工作面位置关系见图 1。 13092 巷上方伪顶为 0.74m 厚泥岩，直接顶为 3.7m 厚砂质泥岩， 老顶为 0.65m 厚细粒砂岩， 直接 底为 1.1m 厚细粒砂岩，老底为 3.5m 厚砂质泥岩。 顶板上方 30m 为不稳定软弱岩层， 工作面回采一次 垮落高度大， 动载系数约为 2， 矿压显现明显， 对巷 道影响强烈。 图 113092 巷与工作面位置关系图 2复用顺槽变形规律及最佳注浆时机分析 2.1变形规律 在 13092 复用顺槽切眼前方 400m 位置，向外 布置 5 组表面位移测点和帮部离层测点， 每组间隔 煤矿现代化2019 年第 3 期总第 150 期 51 ChaoXing 50m。 根据巷道围岩变形速度与工作面位置关系， 发 现复用顺槽变形具有明显的滞后性和剧烈性， 并具 有较明显的分区规律（测点在工作面前方为正， 在 工作面后方为负） 1）初始影响区 50m～- 200m。 采动影响不明显， 两帮收缩量不足 150mm， 顶底板几乎无变化， 两帮 收敛速度约 4mm/d， 顶板、 两帮外观完整， 煤体内部 裂隙发育不明显； 2）剧烈影响区 - 200m～- 800m。 采动影响强烈， 两帮收缩量 800mm，收敛速度超过 12mm/d，最大 20mm/d， 顶板下沉量 200mm， 底鼓量 600mm。 顶板变 形量大出现破碎， 需要架棚支护， 巷帮鼓出不均匀， 两帮网兜严重； 3）稳定区 - 800m 后方区域。 顶板活动结束， 采 动影响趋于缓和， 两帮收缩量 300mm， 顶板下沉量 50mm， 出现缓慢底鼓。两帮最终变形量 1200mm， 最 终巷宽 3.8m； 顶板下沉量 250mm， 底鼓 800mm， 起 底后最终巷高 4.1m， 断面小于要求的 17m2， 不能满 足下一工作面使用， 需要返修。 帮部离层观测发现，离层在帮部深度范围 0～12m 均有分布， 其中 0～2.5m 占比 30， 2.5m～6.5m 占比 40， 6.5m～8.5m 占比 20， 8m～12m 占比 10。 说明离层主要在浅部 0～8m 分布。 浅部 0～2.5m 处于 密集锚杆支护范围内，主要为岩石碎胀变形； 2.5m～6.5m 为锚杆锚索中间范围， 离层量较大， 出现 大量锚索断裂、脱锚失效现象； 6.5m～8m 处于锚索 支护范围之外， 出现较大离层， 表明浅部 0～6.5m 出 现整体鼓出； 8m～12m 位于深部， 变形受浅部岩层约 束， 为极限平衡区范围， 离层量较小。 2.2各分区可注性分析 1） 初始影响区 50m～- 200m。 与工作面前方 50m 以外相比， 裂隙、 离层逐渐发育， 裂隙导通， 有利于 注浆， 但注浆量较小。 2） 剧烈影响区 - 200m～- 800m。巷道围岩变化 速度快， 裂隙快速扩展， 贯通性好， 注浆量大， 而且 随着新裂隙不断快速产生， 同一区域复注仍能较大 量注浆。 3） 稳定区 - 800m 后方区域。新的裂隙基本不 再产生， 巷道围岩进入相对平衡稳定状态， 但仍能 够较大量注浆。 2.3最佳注浆时机 目前，复用顺槽变形量大的主要原因包括 前 期支护强度不足造成剧烈影响区变形量过大， 原有 支护破坏； 经历剧烈影响区后， 围岩产生大量新的 裂隙， 稳定区裂隙得不到及时加固， 巷道持续变形。 针对以上变形原因， 加固应分两步， 一次超前注浆 加固控制围岩持续变形与二次滞后注浆加固控制 围岩大裂隙。一次超前注浆加固应在初始影响区内 进行， 此区域裂隙贯通性提高， 可注性提高， 但注浆 量较小， 避免了材料浪费， 包括注浆和锚索补强； 滞 后注浆在稳定区内进行， 对经过剧烈动压影响的区 域产生的大裂隙进行注浆加固，顶板压力基本稳 定， 加固后不会产生新的变形。 3注浆加固方案设计 3.1超前注浆加固 采用 4m、 8.5m 两个孔深交替布置。4m 孔用于 封堵浅部锚杆孔等裂隙， 8.5m 孔用于加固锚索锚固 段范围， 均垂直于煤帮。如图 2 所示。 注浆材料选用晋煤集团技术研究院研发的联 邦加固 （双液） 材料，材料 1～3min 失去流动性， 5～10min 终凝， 2h 强度 10MPa 以上，有利于堵漏和 注浆后及时锚索补强。 图 2注浆钻孔布置示意图 3.2滞后注浆加固 滞后注浆在稳定区域进行。采用 12m 一个孔深 进行加固， 钻孔上、 下排矩形布置， 下排孔开孔高度 距离底板 2m， 仰角 0， 上排孔开孔高度距离底板 3m， 仰角 5孔深 12m， 孔径 42mm。钻孔布置方式 如图 3 所示。 图 3注浆钻孔布置示意图 注浆材料选用晋煤集团技术研究院研发的联 邦加固 （单液）超细注浆材料， 材料 20～30min 失去 流动性， 可以保证较深钻孔下浆液在裂隙中充分扩 散， 60～80min 初凝， 360min～480min 终凝， 1d 强度 煤矿现代化2019 年第 3 期总第 150 期 52 ChaoXing 16MPa 以上， 3d 强度 25MPa 以上，加固后能够显著 提高围岩强度。 3.3注浆量统计 1） 一 次 超 前 注 浆 4m 孔 平 均 单 孔 注 浆 量 0.2t， 8m孔平均单孔注浆量 0.5t； 2）二次滞后注浆 12m 孔平均单孔注浆量 1t。 注浆量表明初始变形区超前注浆量较小， 节约 了材料， 针对稳定区剧烈影响区产生的大量裂隙的 滞后注浆， 注浆量得到显著提高。 4注浆效果监测及分析 为对注浆效果进行考察对比，在 13092 复用顺 槽布置表面位移监测站对巷道围岩变形情况进行监 测。巷道围岩变形情况与未注浆加固前对比见图 4。 （a） 两帮变形量对比（b） 两帮移近速率对比 （c） 顶底板移近量对比（d） 顶底板移近速率对比 图 4巷道变形曲线 从图 4 中可以看出 注浆加固后巷道两帮最终 变形量 600mm， 对比巷道未注浆区域， 巷道两帮变 形量减少 40左右， 在剧烈影响区域两帮移近速率 明显减缓；其中初始影响区变形量约为 120mm， 占 比 20， 剧烈影响区变形量约为 450mm， 占比 75， 稳定区变形量约为 30mm， 占比 5； 注浆加固后巷 道顶底板移近量 500mm， 对比未注浆加固区域减少 37左右，在剧烈影响区域顶底板移近速率明显得 到减缓； 其中， 初始影响区变形量约为 40mm， 占比 8， 剧烈影响区变形量约为 380mm， 占比 76， 稳 定区变形量 80mm， 占比 16。 注浆加固后最终巷宽 4.4m， 起底后最终巷高 4.3m， 断面超过 19m2。本次 注浆加固， 围岩变形得到有效控制， 表明注浆加固 方案和时机的合理性， 注浆加固后的复用巷道完全 可以满足下一工作面正常使用。 5结论 1） 赵庄煤业大采高工作面复用顺槽变形具有 明显的滞后性和剧烈性， 变形量极大， 未加固区域 不能满足下一工作面使用。 2）大采高工作面复用顺槽分区规律明显， 在分 析变形规律、 离层分布、 可注性的基础上， 设计了合 理的超前注浆和滞后注浆加固方案。 3）通过对复用巷道进行二次注浆加固， 注浆加 固效果表明注浆加固后巷道两帮最终变形量 600mm， 对比巷道未注浆区域， 巷道两帮变形量减少 40左右；注浆加固后巷道顶底板移近量 500mm， 对比未注浆加固区域减少 37左右。围岩变形得到 有效控制， 节约了返修成本， 注浆加固后的复用巷 道完全可以满足下一工作面正常使用。 参考文献 [1] 许传峰. 大采高综采工作面采高合理性研究及煤壁片帮 防治 [J].煤矿安全， 2013， 6 （44） 214- 216. 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