一、背景介紹
高泥質軟巖巷道掘進或大變形巷道返修時，為保證巷道支護的長期穩(wěn)定性，常采用“錨注加固技術”進行巷道維護，即錨網(wǎng)索支護后選擇適宜的時機進行注漿加固。在采用這一技術時，以往常采用水泥基類材料作為注漿材料。然而，高泥質軟巖巷道注漿加固的實踐證明，水泥漿液在泥質軟巖裂隙中擴散半徑小、膠結性差、析水率高，對膨脹性巖層不僅難以起到注漿加固作用，甚至會帶來很大的負面影響；對于采用化學材料注漿加固，其成本高，反應發(fā)熱易誘發(fā)煤層發(fā)火，且污染環(huán)境。多年來，國內(nèi)對泥巖無機注漿材料的研究存在難以突破的技術壁壘，對于新型高泥質軟巖注漿加固材料的研究從技術和經(jīng)濟角度來講意義重大，可填補無機注漿材料在泥質軟巖注漿加固領域的空白。
某公司圍繞高泥質軟巖注漿加固材料進行研發(fā)、試用，同時開發(fā)與之配套的注漿工藝及注漿裝備，最終實現(xiàn)“親泥性注漿加固材料”在高泥質軟巖巷道支護中的成功應用，解決了無機注漿材料在高泥質軟巖巷道中運用的行業(yè)痛點，實現(xiàn)了良好經(jīng)濟和社會效益。
二、功能指標
1.具有良好的緩凝性，易于流動，便于注漿，初凝時間為8h。
2.滲透（擴散）半徑大，適合于大松動圈圍巖的加固，顆粒細度為0.0045mm。
3.膠泥適應性強，可用于各種巷道圍巖加固，尤其適用于泥質巖類軟弱圍巖條件。
4.微膨脹性（膨脹系數(shù)1.02），注漿后通過微膨脹性能，可與圍巖形成更強的膠結能力。
5.注漿后析水量少，可降低水對泥質巖強度的影響，水灰質量比1:0.85。
6.該材料密實度高，粘結性強，可有效地封堵巷道表面裂隙，起到防漏風、防風化和金屬網(wǎng)銹蝕的作用。
表1 親泥性注漿材料的主要技術指標
三、詳細說明
傳統(tǒng)無機注漿材料的析水性及有機注漿材料的高成本致使高泥質巖的注漿加固一直是困擾許多煤礦的難題。泰安泰爍巖層控制科技有限公司開發(fā)了“親泥性注漿材料”已較好地解決了此類問題，并在陜西黃陵礦區(qū)建新煤礦、陜西彬長礦區(qū)燕家河煤礦、山東濟寧礦區(qū)王樓煤礦取得了成功應用。
（1）親泥性注漿加固材料基本原理
①注漿加固能夠封堵圍巖破碎圈的裂縫，隔絕空氣，防止圍巖風化，且能防止圍巖被水浸濕而降低圍巖本身的強度。
②注漿后將松散破碎的圍巖膠結成整體，可提高巖體的內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角及彈性模量，增強巖體強度（圖1），有效地增加錨固體抵抗外界剪切破壞的能力。
圖1 注漿前后莫爾-庫倫包絡線
③注漿后的巷道為等強支護體，避免了應力集中現(xiàn)象，減少了對噴層的破壞。
（2）“親泥性注漿材料”的特殊性
注漿的關鍵作用在于，注漿后漿液在注漿壓力的作用下滲入圍巖裂隙，對結構面進行填充，改變其破碎圍巖的物理力學特性和內(nèi)部結構，增加圍巖抵抗外界剪切和拉應力破壞的能力。
從圖2可以看出，通過高壓注漿的作用，注漿材料充填整個孔隙，該種材料析水量非常少甚至不析水，對孔周圍的泥巖破壞作用非常小。待一段時間后漿液會滲透到泥巖內(nèi)部與泥巖形成“混合加固體”，該“混合加固體”不僅增加了泥巖的強度，同時也有一定的防水滲透的作用，與泥巖形成較好的膠結作用。再經(jīng)過一段時間注漿加固體凝固，該注漿加固體有微量的膨脹效應，凝固后體積要有少量的增加，進一步增加了“混合體”的受力環(huán)境，保證了注漿加固體的長期穩(wěn)定。
圖2 孔隙充填“親泥性注漿材料”后的加固效應
圖3 親泥性注漿加固材料包裝實圖
四、應用范圍
1.適用于含膨脹性礦物的粘土巖、頁巖及泥巖等軟弱圍巖條件的巷道注漿加固。
2.小煤柱回采巷道防漏風或瓦斯涌出條件下的注漿堵漏或巷道表面噴涂封堵。
3.新掘軟巖巷道的滯后注漿加固，改變軟弱圍巖的蠕變特性，增加錨桿（索）的錨固力，保證巷道的長期穩(wěn)定。
五、應用案例
山東某礦，一穿層巷道掘進后圍巖整體性較好，支護相對穩(wěn)定，后期由于受相鄰工作面采動影響，巷道整體變形量較大，曾多次采用水泥注漿加固，不僅未能有效控制巷道變形，反而巷道返修周期越來越短；采用全斷面錨網(wǎng)索支護+親泥性注漿加固后，巷道變形得到長久穩(wěn)定控制。
圖4 親泥性注漿材料加固使用效果圖
圖5 親泥性注漿加固材料與泥巖膠結效果圖
六、同類材料比較
1.水泥基類注漿材料的缺點
①無機注漿材料的顆粒大，注漿過程中的滲透能力較差。
②塑性差，注漿后的加固體抵抗拉剪破壞的能力差。
③無機注漿材料與部分巖層（如泥質巖）的膠結性能差。
④一般水泥注漿材料的析水率在15～25%，析水率高，對膨脹性巖層有很大的負面影響。
⑤漿液的凝結時間不易控制。
2.化學漿注漿加固的問題
①注漿成本高、消耗大。
②漿液對地下環(huán)境存在一定的污染性。
③化學漿液耐腐蝕能力較差，服務年限短。
3.親泥性注漿加固材料市場前景分析
（1）親泥性注漿加固材料功能優(yōu)勢
親泥性注漿加固材料是無機注漿材料在泥巖注漿加固領域的成功突破，其具有析水量小、粘結性好、強度高、無污染等特性，具備了水泥基和化學類注漿材料注漿加固的優(yōu)點，在注漿加固領域屬于處于國內(nèi)領先水平。
（2）“全斷面錨注加固技術”進一步推動了產(chǎn)業(yè)技術進步
親泥性注漿加固材料配合高強錨網(wǎng)索支護技術形成“全斷面錨注加固技術”，進一步推動注漿加固技術的發(fā)展。
（3）迎合國家“新舊動能轉換”政策，適應市場發(fā)展趨勢
“親泥性注漿加固材料”成本低、無污染，同時具備良好的物理性能，在泥質軟巖巷道注漿加固中，完全能夠代替成本高、污染嚴重且后期加固效果差的化學材料，實現(xiàn)注漿材料的“新舊動能轉換”發(fā)展思路。
（4）與之配套的注漿工藝和系統(tǒng)裝備，保證了“親泥性注漿加固材料”注漿加固的長期穩(wěn)定性
新的成套技術，克服了傳統(tǒng)工藝及系統(tǒng)裝備配套方面的缺陷，使得注漿加固工程施工變得更容易。
綜合以上分析，“親泥性注漿加固材料”具有重要的推廣應用價值，以新材料的優(yōu)良特點為切入點，采用“全斷面注漿加固”為理論基礎上，研發(fā)配套的注漿工藝和系統(tǒng)裝備，保證注漿加固體的長期穩(wěn)定；該產(chǎn)品符合國家政策導向，市場潛力巨大，值得大力推廣。
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