1 概况
11123工作面位于潘二煤矿一水平东一采区，东起东一A组煤采区上山，西以设计标高为准，北沿11223轨顺沿空掘进，南以设计标高为准。在回采过程中，受工作面超前动压的影响，11123工作面下顺槽变形极其严重，煤壁向外约40m范围整个超前支护段内，锚网断面由原设计尺寸宽5.4m×高3.0m，U型棚宽5.0m×高3.5m，骤变为断面不足8m2，造成风速超限、行人不畅、设备运转空间不足等，对生产造成极大的安全隐患。
对此，为确保11123工作面安全高效回采，改善下顺槽安全作业环境，在进行扩刷、卧底的基础上，积极开展实施小煤柱注浆加固技术，提升巷道围岩支护承载性能，将巷道变形控制在一定范围内，以满足安全回采需要。
2小煤柱注浆加固机理
注浆加固主要是采用物理或者化学方法，将可以固化的浆体材料通过注浆泵或其他手段注入到破碎岩体的裂隙内，利用浆液充填胶结及支撑作用，改善煤岩体的物理力学性能的方法和过程。
巷道破碎煤岩体在注浆加固以后，浆液可以有效充填胶结破碎的煤岩体，把各种裂隙、结构弱面及空隙等固结在一起，一是使其刚度、强度及力学性能得到较大的改善；二是浆液固结后起到骨架支撑作用，与煤岩体形成整体支撑结构；三是提高了围岩残余强度，减小了围岩松动圈，从而减少了巷道围岩位移量；四是改善锚网支护应力分布，形成注浆与锚网支护协同效应，注浆加固在增强承压主体力学性能的同时，使锚杆（索）趋于全长锚固，增强了煤岩体围压，提高了承载能力。
3注浆加固方案
3.1注浆钻孔布置
注浆孔采用ZQS-50气动手持式风钻及其配套钻杆、Φ42mm钻头施工。当巷帮高度低于3.0m时，注浆孔“三花眼”布置，孔深2～3.5m；当巷道高度大于3.0m时，注浆孔“五花眼”布置。注浆孔径为42mm，每排眼距2.4m（上下孔距垂直投影距离1.2m）。因现场条件变化，可根据现场情况进行适当调整。
3.2注浆加固材料及设备
3.2.1注浆材料及特性
注浆材料主要选用久米纳矿用无机充填加固材料。该种材料初凝时间5.5h，终凝时间8h，初凝时间长，满足断层破碎带大流量、长时间注浆要求；材料粒度小，浆液流动性好，地面注浆试验验证扩散半径能达到10m以上；固结体强度高，1d、7d和28d试样抗压强度值分为25MPa、42MPa和56MPa，碎煤与材料混合40h强度达20MPa左右。
3.2.2 注浆设备
注浆加固采用风动注浆泵，型号：2ZBQ-5/18型，注浆输出压力18Mpa，制浆采用配套的风动搅拌器或人工搅拌。
3.3 注浆工艺及参数
打开混合器的注浆阀门，关闭放浆阀门，试注水1分钟以上。待确认试运转正常以后，迅速将吸浆龙头放入浆液筒内，（浆液必须搅拌）同时打开放浆阀门，关闭注浆阀门，观察浆液情况。打开注浆阀门并与注浆孔管接通，关闭放浆阀门，开始注浆。注浆过程中，密切注意设备、管路，以及注浆压力、钻孔出浆情况，达到规定压力时，或有异常，钻孔跑浆时，要及时关停注浆泵。每一个注浆孔注浆终结或因故需较长时间停泵时，都必须清洗注浆泵及管路，防止残留浆液堵塞设备。
现场注浆水灰比为0.35：1，注浆时要稳压在5MPa以上，每孔注浆量不少于5袋注浆材料（以实际情况为准）。注浆顺序采用交错分次实施，确保钻孔注浆密实、饱满。
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4 工程开展及效果分析
4.1 注浆加固情况
该工作面于7月2日开始实施小煤柱注浆加固，截止8月31日，已累计施工注浆孔218个，注浆1490袋（37.25吨）,7袋/孔，注浆压力3～5Mpa；加固范围为L41-1.4m～L37-12m，加固煤柱长度210m。
4.2 加固区域变形监测
为对小煤柱注浆加固效果进行分析，在注浆加固段采用“十字布点法” 进行巷道变形监测。现场根据施工情况，于7月6日布设第一组变形监测测点，共布置10个测点，测点平均间距约7m，其中1#测点距工作面33m；随着工作面推进，于7月29日布置了第二组测点，共计布置7个测点。两组测点监测巷道范围为118m。
5注浆加固效果
在下顺槽小煤柱实施注浆加固后，根据巷道变形监测结果来看，在超前煤壁约在40m范围内，巷道两帮变形较明显。超前煤壁5m时，监测最大变形量达1440mm，最小500mm，平均值1075mm；超前煤壁40m时，最大变形量150mm，最小20mm，平均值79mm。
变形监测最大与最小值相差幅度较大，一方面是由于第一阶段设置的监测点（1#、2#、3#）距工作面较近，正好位于回采超前应力影响区域，注浆后浆液未达到强度龄期，难以发挥加固效果；二是初期主要采用单排注浆，注浆加固效果有限；三是后期在扩刷锚网支护的基础上增加了帮部和肩窝锚索钢带，加强了巷帮扩刷支护强度，在配合注浆加固的情况下，不仅增加了煤柱自身强度，而且增强了煤柱围压，提高了煤柱支撑承载性能。从4#监测测点之后来看，巷道煤柱变形速率明显成下降趋势，由最大48mm/天逐步稳定在10mm/天以内。
5对比分析
5.1 变形监测对比分析
结合11123工作面下顺槽小煤柱未实施注浆加固巷道变形监测情况来看，在距煤壁55m范围，巷道最大变形量达1000mm，最小为390mm，平均变形量722mm。相比注浆后，在距工作面约50m时，巷道变形量约是注浆加固后变形的10倍左右。
5.2 巷道断面维护对比分析
11123工作面下顺槽小煤柱在未实施注浆加固前，受回采超前动压影响，超前支护段变形极其严重。回采期间，该面下顺槽控制台以里段，巷道上下帮长期处于持续、反复刷帮、卧底的状况，巷道断面仅能动态的保持在基本的通风断面要求。在施工过程中，作业人员集中，人工劳动强度大，工序交叉，安全作业环境差，严重制约工作面安全回采。在实施注浆加固后，下顺槽小煤柱采取一次扩刷，一次注浆加固，动态进行少量卧底、修整后就能满足安全回采断面要求，极大地改善下顺槽超前支护段安全作业环境，建立了工作面安全高效回采的基础条件。
6 结论及建议
对此，为确保下顺槽断面满足安全生产需要，对照小煤柱加固前后巷道变形监测情况，以及未注浆和注浆加固巷道断面维护工作量及实施效果对比，主要结论如下：
一是小煤柱实施注浆加固有效增强煤柱自身强度及稳定性，再辅以补强锚索梁支护的情况下，可以更加优化煤柱受力状态，进而提升支撑承载性能；
二是相比未实施注浆加固，巷道反复扩刷工作量及投入的人工数约是注浆加固的2倍多，且前者实施效果差，巷道断面仍然难以得到有效维护，对工作面安全高效回采形成较大的制约因素。
三是为最大发挥注浆浆液固结体强度，注浆材料在7天后方能达到较好的承载性能，因此注浆必须在超前煤壁不小于40m范围的基础上，再考虑7天工作面的推进度，建议注浆超前煤壁不小于60～100m。
参考文献：
[1]王建文;柠条塔煤矿注浆加固方案优化设计[A];西部矿山建设工程理论与实践[C];2009年
论文作者:谭辅清
论文发表刊物:《工程管理前沿》2020年4期
论文发表时间:2020/4/22
标签：注浆论文; 巷道论文; 工作面论文; 浆液论文; 断面论文; 超前论文; 围岩论文; 《工程管理前沿》2020年4期论文;