巷道壁后注浆加固简易装置研究及应用_孟冯超.pdf

532023 年第 2 期孟冯超：巷道壁后注浆加固简易装置研究及应用孟冯超：巷道壁后注浆加固简易装置研究及应用收稿日期 2022-08-04作者简介 孟冯超（1986），男，河南焦作人，2010 年毕业于河南理工大学，学士，工程师，主要从事煤矿采掘支护研究工作。巷道壁后注浆加固简易装置研究及应用孟冯超（河南焦煤能源有限公司科学技术研究所，河南 焦作 454150）摘 要 针对赵固二矿开拓巷道传统围岩注浆加固技术存在的不足之处，研究设计一种可反复使用的简易注浆封孔保压装置。此装置兼备注浆管及封孔功能，能够有效改进原有注浆工艺中的注浆管安装及封孔的繁琐过程，进而达到节约注浆成本、简化操作流程、避免漏浆、保证注浆效果的目的。通过现场应用及效果验证，取得了良好的效果。关键词 反复使用；壁后注浆；简易；注浆装置中图分类号 TD353 文献标识码 B doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2023.02.020Research and Application of Simple Device for Grouting and Reinforcement Behind Roadway WallMeng Fengchao(Science and Technology Research Institute of Henan Coking Coal Energy Co.,Ltd.,Henan Jiaozuo 454150)Abstract:In view of the shortcomings of the traditional surrounding rock grouting and reinforcement technology in the development roadway of Zhaogu No.2 Mine,a simple grouting sealing and pressure retaining device which can be used repeatedly is studied and designed,which has the functions of both grouting pipe and hole sealing.It can effectively improve the tedious process of installation and sealing of grouting pipe in the original grouting process,thus,the purpose of saving grouting cost,simplifying operation flow,avoiding grouting leakage and ensuring grouting effect can be achieved.Through field application and effect verification,good results are obtained.Key words:used repeatedly;grouting behind roadway wall;simple;grouting device孟冯超：巷道壁后注浆加固简易装置研究及应用孟冯超：巷道壁后注浆加固简易装置研究及应用近些年来巷道壁后围岩注浆加固技术成为煤矿巷道支护加固技术中一项重要技术1-8。赵固二矿开拓巷道普遍采用的传统注浆技术，从注浆管的安装到封孔注浆过程较为繁琐，需要对原有巷道壁后围岩注浆加固技术及相关装置进行研究优化，以提高注浆效率，确保注浆效果。1 传统注浆工艺及不足1.1 传统注浆工艺施工顺序标记注浆孔位置打注浆孔安装注浆管、封孔固管上注浆阀门连接注浆泵注浆回收注浆阀门清洗管路等。1.2 传统注浆工艺存在的不足（1）注浆管安装较为困难。尤其是当注浆管较长而钻孔不直时，有时需要借助大锤等工具反复锤砸才能将注浆管安装到位。（2）注浆管封孔固管工序较为繁琐。封孔及固定注浆管时，需要使用棉（麻）丝缠绕，封抹水泥、速凝剂或锚固剂，楔入道钉等多种方法，工序较为繁琐，并且不能保证封孔效果，注浆过程仍容易发生漏浆现象。（3）注浆管均为一次性使用，注浆后无法取出复用，造成材料一定程度上浪费。2 注浆加固技术研究优化针对目前注浆加固技术存在的不足，技术优化主要是发明一种可反复使用的注浆封孔保压装置。此装置兼备注浆管及封孔功能，能够替代原有注浆工艺中的注浆管安装及封孔，实现节约注浆成本、减少操作流程、避免漏浆、保证注浆效果、提高注浆效率的目的。该注浆封孔保压装置主要由空心杆体、橡胶套、套管、垫片、旋紧部件、逆止阀组成。如图 1、图 2。542023 年第 2 期图 1 注浆封孔保压装置图 图 2 注浆封孔保压装置结构示意图2.1 注浆封孔保压装置原理通过旋紧施加径向力，在有限空间范围内（注浆孔内）对橡胶体径向压缩使其体积膨胀，增大橡胶体与孔壁的接触面和摩擦力，从而起到封孔及保压的作用。同时，封孔装置头部的逆止阀起到防止浆液回流的作用。2.2 注浆封孔保压装置操作流程注浆孔施工好后，将封孔装置装入注浆孔内，然后操作旋紧部件在有丝扣的空心杆体上挤压橡胶套，直到旋紧部件手动上紧为止。通过空心杆体上外露的丝扣与注浆装置上的阀门接头相连，开始进行注浆操作，带压浆液通过空心杆体后冲开防回流逆止阀对注浆孔进行注浆加固。2.3 注浆封孔保压装置的主要优点（1）兼备注浆管及封孔功能，能够重复利用，避免注浆管的浪费，降低注浆成本；（2）封孔装置结构简单，操作方便，减少注浆复杂的操作程序；（3）装置生产成本较低，容易加工；（4）注浆防漏浆及保压性能良好，回采巷道煤壁注浆及开拓大巷壁后注浆均能使用；（5）体积小，质量轻便，方便携带。3 简易注浆装置的现场应用在底板抽采巷选取一段未注浆巷道进行新型注浆试验。底板抽采巷为岩巷炮掘巷道，一次支护采用锚网索支护，二次支护采用架设 U 钢棚+喷浆+壁后注浆联合支护，壁后注浆采用传统注浆管进行注浆。注浆工艺流程：标记注浆孔位置钻孔安装注浆封孔保压装置连接管路及调试注浆泵注浆拆除注浆泵与注浆管路清洗管路回收注浆封孔保压装置。（1）钻孔。采用气动手持式钻机，配麻花钻杆及钻头，按设计间排距及孔深要求打眼。（2）安设注浆封孔保压装置。将注浆封孔保压装置装入注浆孔内，旋转尾部旋紧部件径向挤压橡胶套，直至手动拧不动为止，使橡胶套膨胀挤压孔壁起到封孔作用。（3）试泵。安设注浆泵，连接风水管路、注浆管路，用清水试注浆泵、注浆管路及搅拌桶，确保注浆系统运行良好。（4）制 浆。浆 液 水 灰 质 量 比 为 水:水 泥=1:0.60.8，浆液搅拌均匀，搅拌 35 min 后注浆，注浆过程中要不断搅拌。（5）注浆。注浆时，应随时检查巷壁变化及压力情况，合理调整浆液浓度，直至压力达到终压。（6）清洗。注完浆后，注浆泵、管路及阀门等要彻底冲洗干净。（7）回收复用。注浆结束 24 h 后，对注浆封孔保压装置进行拆除回收复用。4 简易注浆装置应用效果监测及对比分析新型注浆工艺试验段巷道注浆结束后，对该段巷道进行了注浆耐压试验，随机选取了 3 个点进行重新打孔试压验收，试压结果均符合验收要求。除进行注浆耐压试验外，还采用钻孔窥视分析、表面位移监测 2 种方式对注浆效果进行进一步监测及检验分析。4.1 钻孔窥视分析采用 YTJ20 型岩层探测记录仪分别对未注浆段、新注浆工艺试验段、传统注浆工艺段进行钻孔窥视，监测巷道注浆前及注浆后的巷道围岩裂隙情况，对比注浆效果。窥视钻孔共 6 个，未注浆段、新注浆工艺试验段、传统注浆工艺段各 2 个，钻孔开孔位于巷道帮部位置，钻孔上挑 40 45，深度为 4 m。对窥视结果进行分析：（1）通过未注浆段钻孔可以看出，底板抽采巷围岩松动圈范围为 02.4 m，2.5 m 以里围岩结构较为完整，该巷注浆浆液扩散范围控制在 2.5 m 以内即可。（2）通过新式注浆段、传统注浆段与未注浆段钻孔对比可以看出，壁后注浆对巷道围岩松动范围内裂隙充填效果明显，注浆后钻孔内松动裂隙明显减少，起到了应有的围岩加固作用。552023 年第 2 期孟冯超：巷道壁后注浆加固简易装置研究及应用孟冯超：巷道壁后注浆加固简易装置研究及应用（3）通过新式注浆段及传统注浆段钻孔对比可以看出，新注浆方式与传统注浆相比在浅部注浆效果基本相同，深部注浆效果稍差，这可能与注浆封孔装置长度及出浆口逆止阀有关，对浆液向深部扩散有一定影响。4.2 表面位移监测分析分别对底板抽采巷未注浆段、新注浆工艺段及老注浆工艺段建立表面位移测站进行观测分析对比。4.2.1 表面位移监测方案及数据设立 5 个表面位移测站，1#测站、2#测站位于传统注浆段，3#测站、4#测站位于新式注浆段，5#测站位于未注浆加固段。通过对 5 个测站近一个月的观测，得到了各测点帮部收缩量数据，并绘制了巷道帮部变形量曲线图 3。图 3 测点帮部变形量曲线图4.2.2 表面位移监测结果分析（1）通过 5#测站观测数据分析可以看出，未注浆段测点巷道帮部持续发生缓慢收缩变形，收缩变形速度随着时间推移逐渐变缓，如果巷道不进行注浆加固可能将导致围岩裂隙逐步扩散加大，巷道逐渐变形失稳。（2）通过新老注浆段（1#4#测点）数据与未注浆段（5#测点）数据对比可以看出，采用注浆加固措施后巷道围岩收缩变形速度急剧减小甚至没有收缩变形，巷道注浆加固对巷道围岩控制作用巨大。（3）通过新注浆段（3#、4#测点）数据与传统注浆段（1#、2#测点）对比可以看出，新注浆方式同样能够满足巷道围岩加固要求。其中，3#测点一个月内只收缩 1 mm，4#测点帮部未发生变形收缩，注浆后巷道变形量极小。5 结论（1）巷道围岩注浆加固能够增加围岩的稳定性和支撑性，有效控制巷道围岩变形，明显减缓巷道变形收缩速度。（2）巷道注浆加固的范围应根据围岩的松动破坏范围进行合理设计，必须保证浆液扩散范围大于围岩松动破坏范围，而围岩松动破坏深度可通过钻孔窥视等手段进行准确测定。（3）新注浆封孔保压装置兼备注浆管及封孔功能，结构简单，员工操作方便，减少传统注浆工艺中封孔固管繁琐的操作工序，提高施工效率。该装置能够重复利用，避免了注浆管的浪费，有效降低了注浆成本。【参考文献】1 刘长武，陆士良.水泥注浆加固对工程岩体的作用与影响 J.中国矿业大学学报，2000（05）：12-16.2 杨坪，彭振斌，李奋强.巷道注浆加固作用机理及计算模型研究 J.矿冶工程，2005（01）：3-5.3 姚振巩，王洪江，王劼.注浆加固技术新进展 J.中国矿山工程，2006（04）：31-34+60.4 康红普，冯志强.煤矿巷道围岩注浆加固技术的现状与发展趋势J.煤矿开采，2013，18（03）：1-7.5 刘泉声，卢超波，刘滨，等.深部巷道注浆加固浆液扩散机理与应用研究 J.采矿与安全工程学报，2014，31（03）：333-339.6 陈杰，费小保，荆升国，等.采区硐室 U 型钢支架壁后注浆技术研究及应用 J.煤炭工程，2014，46（08）：41-44.7 高陆军，王辉.壁后注浆技术在深地层、高地压井巷工程中的应用 J.能源技术与管理，2013，38（04）：75-76.8 朱小鹏.壁后注浆技术在深地层高地压井巷的应用 J.煤矿安全，2013，44（07）：82-84.