一、背景介紹
高泥質(zhì)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(shù)”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(shù)時，以往常采用水泥基類材料作為注漿材料。然而，高泥質(zhì)軟巖巷道注漿加固的實踐證明，水泥漿液在泥質(zhì)軟巖裂隙中擴散半徑小、膠結(jié)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?xí)砗艽蟮呢撁嬗绊?；對于采用化學(xué)材料注漿加固，其成本高，反應(yīng)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(shù)壁壘，對于新型高泥質(zhì)軟巖注漿加固材料的研究從技術(shù)和經(jīng)濟角度來講意義重大，可填補無機注漿材料在泥質(zhì)軟巖注漿加固領(lǐng)域的空白。
某公司圍繞高泥質(zhì)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(zhì)軟巖巷道支護中的成功應(yīng)用，解決了無機注漿材料在高泥質(zhì)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(biāo)
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(yīng)性強，可用于各種巷道圍巖加固，尤其適用于泥質(zhì)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(jié)能力。
5.注漿后析水量少，可降低水對泥質(zhì)巖強度的影響，水灰質(zhì)量比1:0.85。
6.該材料密實度高，粘結(jié)性強，可有效地封堵巷道表面裂隙，起到防漏風(fēng)、防風(fēng)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(shù)指標(biāo)
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(zhì)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(yīng)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(fēng)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(jié)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(luò)線
③注漿后的巷道為等強支護體，避免了應(yīng)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(guān)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(jié)構(gòu)面進行填充，改變其破碎圍巖的物理力學(xué)特性和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，增加圍巖抵抗外界剪切和拉應(yīng)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(jié)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(yīng)，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(yīng)
圖3 親泥性注漿加固材料包裝實圖
四、應(yīng)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(fēng)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(yīng)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(jié)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(zhì)巖）的膠結(jié)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(jié)時間不易控制。
2.化學(xué)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(xué)漿液耐腐蝕能力較差，服務(wù)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(lǐng)域的成功突破，其具有析水量小、粘結(jié)性好、強度高、無污染等特性，具備了水泥基和化學(xué)類注漿材料注漿加固的優(yōu)點，在注漿加固領(lǐng)域?qū)儆谔幱趪鴥?nèi)領(lǐng)先水平。
（2）“全斷面錨注加固技術(shù)”進一步推動了產(chǎn)業(yè)技術(shù)進步
親泥性注漿加固材料配合高強錨網(wǎng)索支護技術(shù)形成“全斷面錨注加固技術(shù)”，進一步推動注漿加固技術(shù)的發(fā)展。
（3）迎合國家“新舊動能轉(zhuǎn)換”政策，適應(yīng)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(zhì)軟巖巷道注漿加固中，完全能夠代替成本高、污染嚴(yán)重且后期加固效果差的化學(xué)材料，實現(xiàn)注漿材料的“新舊動能轉(zhuǎn)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(shù)，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(yīng)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(chǔ)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(dǎo)向，市場潛力巨大，值得大力推廣。
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