2013煤矿巷道围岩注浆加固技术的现状与发展趋势_康红普

综述

煤矿巷道围岩注浆加固技术的现状与发展趋势

康红普1，2，冯志强

1，2

（1.天地科技股份有限公司开采设计事业部，北京100013； 2.煤炭科学研究总院开采设计研究分院，北京100013）

［摘要］对煤矿巷道围岩注浆方法分类、注浆加固作用与注浆理论、注浆加固材料的类型与

物理力学特性、注浆参数的选择与工艺及注浆质量检测方法等进行了较为详细地论述与分析。通过2个应用实例，介绍了水泥注浆与化学注浆加固的应用条件、注浆加固设计及注浆效果评价。最后针对注浆加固存在的问题，提出了巷道围岩地质力学测试与评估、注浆理论、材料、工艺及监测方面的发展方向。

［关键词］

破碎围岩；注浆加固；发展趋势

［中图分类号］TD353

［文献标识码］A

［文章编号］1006-6225（2013）03-0001-07Status and Development Tendency of Roadway Grunting

Reinforcement Technology in Coal Mine

KANG Hong-pu 1，2，FENG Zhi-qiang 1，

2

（1.Coal Mining ＆Designing Department ，Tiandi Science ＆Technology Co.，Ltd.，Beijing 100013，China ；

2.Coal Mining ＆Designing Branch ，China Coal Research Institute ，Beijing 100013，China ）

Abstract ：This paper introduced and analyzed grunting methods ，grunting reinforcement action and grunting theory ，grunting material and its physical and mechanical properties ，grunting parameters selection and grunting quality test.It put forward application condition of cement grunting and chemical grunting ，grunting reinforcement design and effect evaluation by 2examples.For the problems in grunt-ing reinforcement ，it indicated development tendency in geomechanics test and evaluation ，grunting theory ，material ，technique and monitoring.

Key words ：crack surrounding rock ；grunting reinforcement ；development tendency

［收稿日期］2013－05－20［基金项目］国家国际科技合作项目（2010DFB73070）

［作者简介］康红普(1965－)，男，山西五台人，博士，研究员，博士生导师，主要从事岩石力学与巷道支护技术方面的教学与研究工作。

1前言

经过多年的研究与实践，我国煤矿已经形成以煤岩体地质力学测试为基础、以锚固与注浆加固为核心的巷道支护成套技术，成为煤矿巷道首选的、

安全高效的支护技术

［1－2］

。对于围岩相对比较完整的巷道，高强度锚杆与锚索支护得到大面积推广应

用，取得良好的技术经济效益；对于破碎围岩巷道，单独采用锚杆与锚索支护，由于锚固剂与破碎围岩的粘结力小，锚固力不能保证，锚杆与锚索的力学性能不能充分发挥。在这种条件下，注浆加固是巷道围岩控制的有效途径。

注浆是指采用物理或者化学方法，将可以固化的液体材料通过注浆泵或其他手段注入到破碎岩体或存在缺陷的构筑物裂隙内，从而改善其物理力学性能的方法和过程。注浆技术是在对有缺陷的构筑物基础进行修复的过程中逐渐发展起来的。在矿山立井建设过程中，为防止地下水渗入，注浆技术得

到了广泛应用，同时促进了注浆技术的不断发展。

随着注浆技术在各类岩土工程中的应用，注浆理论、注浆材料、注浆机具与工艺及注浆质量检测技

术等也得到了快速发展

［3－4］

。注浆理论从多孔介质注浆理论、拟连续介质注浆理论、裂隙介质注浆理

论逐渐发展为孔隙和裂隙双重介质注浆理论。近年来随着计算机技术的发展，根据裂隙网络的特征，通过计算机技术进行裂隙岩体注浆的数值模拟。注浆材料从最早的石灰、黏土、水泥发展到水泥—水玻璃双液浆，后又研发了适合不同用途的各类化学浆材，形成了用途不同、性能各异的多种化学注浆材料。伴随注浆材料的发展，开发了与各种注浆材料相适应的施工机具和工艺。此外，注浆工程多为隐蔽工程，施工过程中的质量检测往往靠注浆过程中压力的升高并凭借施工人员的经验进行。为了解决注浆质量检测难题，开发了多种注浆质量检测方法与仪器。

本文主要介绍注浆分类、注浆理论、注浆材

1

第18卷第3期（总第112期）

2013年6月煤矿开采Coal mining Technology Vol.18No.3（Series No.112）

June 2013

料、注浆检测技术的现状与取得的研究成果及2个应用实例，最后分析注浆加固技术的发展趋势。2

煤矿巷道注浆加固方法分类

煤矿巷道注浆加固的目的是提高破碎围岩的强度与整体性，改善其力学性能，提高破碎煤岩体在采掘过程中的稳定性，控制围岩变形与破坏，避免和减少破碎围岩造成的冒顶、片帮事故。

注浆加固方法分类如图1所示。预注浆在工作面掘进前实施，适用于围岩极破碎，工作面一掘进就会引起冒顶、片帮的条件；后注浆分为掘后注浆与滞后注浆。掘后注浆是巷道一掘出就进行注浆；滞后注浆指巷道掘出一定时间后再注浆

。

图1注浆加固法分类

根据破碎巷道围岩加固工程性质可分为：永久工程加固和短期或临时加固工程。对于永久性工程，主要有井筒、大巷、专用硐室加固；短期或临时性加固工程主要有掘进工作面过构造区、高应力区加固，回采工作面两端头三角煤加固，回采巷道、工作面开切眼及回撤通道加固等。根据巷道围岩裂隙类型分为：裂隙型破碎围岩加固和疏松型软弱破碎围岩加固。根据围岩裂隙成因分为：原生裂隙破碎型和采掘动压应力变化破坏型围岩加固。通常所说的巷道维修加固，就是巷道服务一段时间后，由于围岩流变、受到采动影响，围岩出现较大变形与破坏，巷道断面与安全性不能满足生产要求后实施的注浆加固。

此外，注浆加固可单独实施，也可与锚固技术

联合使用，为此，开发了多种形式的注浆锚杆［5］

。锚注加固技术是利用锚杆兼作注浆管，对巷道围岩进行注浆。一方面可加固巷道周边的破裂煤岩体，

提高围岩的自承能力；另一方面，可改善破裂煤岩体的结构及力学性能，为锚杆提供可锚的基础，提高锚固力，最大限度地发挥锚杆的支护作用。3巷道注浆加固作用与注浆理论3.1

注浆加固作用

已有的研究成果表明，巷道围岩注浆加固主要有以下三方面作用：

（1）注浆提高巷道围岩结构面的强度和刚度。结构面发育的煤岩体，其强度和变形主要由结构面控制。一般情况下，结构面的强度与刚度比较低，容易出现离层、滑动和张开，导致煤岩体强度降低，体积增大，引起巷道围岩变形。注浆加固材料可显著提高结构面的强度和刚度，从而提高煤岩体的整体强度，增加围岩的自身承载能力。

（2）充填压密裂隙。浆液在泵压的作用下，渗透充填一些裂隙，另外经挤压可使一些充填不到的裂隙闭合，从而降低煤岩体的孔隙率，改善裂隙、孔隙周围的应力分布状态，提高围岩强度。

（3）注浆封闭水源、隔绝空气。围岩注浆可有效地封堵流水通道，防止或减轻水对围岩的软化，避免围岩强度因水的影响而大幅降低。同时，围岩注浆后封堵了裂隙，可有效地防止围岩风化。3.2注浆加固理论

注浆理论研究相对于注浆材料与注浆工艺的发展有些滞后，其多是从岩体裂隙渗流理论上发展变

化而来的。归结起来有如下几个方面

［6－12］

：(1)多孔介质注浆理论多孔介质注浆理论

的主要代表有马格（Magg ）球形扩散理论，以及后来在此基础上发展起来的卡罗尔（Karol ）及拉芙莱（Raffle ）浆液渗透理论。该理论假设浆液为牛顿体，黏度一定；浆液从注浆孔的底部注入岩土体，把注浆源假定为点源；同时假定被注介质为均质、各向同性，浆液在岩土体中呈球状扩散。尽管该理论对被注岩土体做了各项同性的假定，同时也对浆液的流变性未加考虑。但是由于其公式简单，至今仍作为注浆工程设计的主要理论基础指导注浆设计。

(2)拟连续介质注浆理论

拟连续介质注浆

理论是通过把岩体中的裂隙进行等效处理，假定浆液充满岩体裂隙进行流动，并根据裂隙的密度与数量进行平均分配，从而分析浆液的流动规律。(3)裂隙介质注浆理论裂隙介质注浆理论

假定浆液为牛顿流体或宾汉姆浆液，并将裂隙看成为单一裂隙，且裂隙面光滑、裂宽一定、浆液在裂隙中的流动为层流，在这些假设的基础上分析浆液的流动情况。具有代表性的理论有贝克（Baker ）

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总第112期煤矿开采2013年第3期