沿空隧道提前支护无机加固材料小煤柱预灌浆材料 一、沿空隧道小煤柱预灌浆加固的技术背景 沿空隧道是煤矿采区巷道布置的重要途径。其核心是在最后一个工作面的采空区边缘留下一个小煤柱，沿着采空区的侧面挖掘巷道，以提高煤炭回收率，减少巷道的维护数量。沿空隧道过程中，小煤柱承受采动应力叠加，围岩破碎程度高，裂缝发育明显，巷帮稳定性面临严峻挑战。提前支护作为保证挖掘安全的关键技术手段，需要在一定范围内对小煤柱进行预加固，预灌浆材料的选择直接决定了加固效果和施工安全。 无机加固材料以水泥基体系为主体，具有不燃、无毒、耐久性好的特点。与有机聚合物灌浆材料相比，它在地下安全方面具有显著的优势。国家标准《煤矿安全规定》(2025年修订版，应急管理部令第17号，2026年2月1日生效)对煤矿井下灌浆材料的安全性提出了明确要求。在此背景下，为提高巷道围岩控制水平，确保煤矿安全生产，开发适合沿空开挖巷道超前支护的无机加固材料小煤柱预注浆材料具有重要的工程意义。 二、二。相关行业标准和技术规范 小煤柱预灌浆材料的设计、施工和验收涉及多项国家和行业标准，主要包括以下几类。 2.1 水泥基灌浆材料标准 以硅酸盐水泥为主要胶凝材料时，预灌浆材料应符合一般硅酸盐水泥要求（GB 175-2023）的规定。该标准于2023年11月27日发布，自2024年6月1日起实施，为全文强制性国家标准。标准规定，普通硅酸盐水泥初凝时间不小于45分钟，最终凝固时间不小于600分钟，42.5强度等级水泥抗压强度不小于42.5MPa，抗压强度不小于17.003天MPa。用于小煤柱预灌浆的无机加固材料选用的水泥基料应符合上述技术指标。 2.2 煤矿道路支护技术标准标准 《煤矿巷道锚杆支护技术规范》（GB/T 自2018年12月1日起实施35056-2018年，规定了煤矿巷道锚杆支护的设计、施工、监测、质量验收等技术要求。标准明确，复杂困难道路应采用高预应力（大于锚杆屈服力的30%）、螺纹钢树脂锚杆高强度(杆体屈服强度大于500mpa)。预灌浆加固后，锚杆支护设计应与灌浆改性效果相匹配，充分发挥灌浆加固体的承载性能。 《煤巷锚杆支护技术规范》（MT/T 1104-2009)自2010年7月1日起由煤炭行业煤矿专用设备标准化技术委员会实施，为煤巷锚杆支护提供了更详细的行业技术指导。 2.3 灌浆工程施工及验收标准 《煤矿井巷工作面灌浆工程施工验收规范》（NB/T 自2015年9月1日起实施51030-2015年，系统规定了工作面预灌浆、壁后灌浆等施工工艺及验收程序。本规范明确规定，从事煤矿井巷灌浆工程施工的单位应具备相应的资质，施工现场应满足相应的技术要求，施工设备应满足连续运行的需要。沿空隧道小煤柱预灌浆施工应严格遵守本规范的规定。 2.4 灌浆防火相关标准 《煤矿灌浆防火技术规范》（MT/T 702-2020)于2021年1月1日生效，取代原MT/T 702-1997版本。该标准体系规定了灌浆材料的选择、工艺参数的设定等技术要求。当小煤柱预灌浆材料同时承担防火功能时，其性能指标应考虑加固和防火的双重要求。 三、沿空隧道提前支撑无机加固材料的性能要求 3.1 小煤柱围岩的应力特征 沿空隧道留下的小煤柱宽度一般为3米至8米，处于采空区侧向应力分布的关键位置。研究表明，采空区侧向形成0-3米的塑性破坏区和3-9米的弹性核区。当小煤柱宽度控制在3米以内时，巷道整体处于采动卸压区，煤体应力由原岩应力通过峰值降低到低应力。但当煤柱宽度为4米至8米时，部分区域将进入高应力弹性核区，围岩变形加剧。因此，对于不同宽度的小煤柱，预灌浆材料应具有差异化的性能指标。 3.2 无机加固材料的关键性能指标 无机加固材料小煤柱预灌浆材料应满足以下核心性能要求。 第一，渗透性。小煤柱内裂缝发育程度不同，灌浆材料应具有良好的渗透能力，以充分填充微裂缝。微纳米无机灌浆材料以硫铝酸盐水泥熟料为主要原料，经过超细化加工后可降至微米级，明显高于表面积，在煤体微裂缝中的渗透性优于普通硅酸盐水泥浆。 二是早期强度。沿空隧道施工周期紧张，要求预灌浆材料在短时间内形成有效的加固强度。早强无机灌浆材料的抗压强度应不低于30MPa，早期强度的发展速率应满足掘进工艺的连接要求。 第三，冷凝时间的可调性。根据NB/T 根据51030-2015年的规定，灌浆施工应根据岩层条件选择合适的浆液品种和凝结参数。小煤柱预灌浆材料的初凝时间应根据现场煤体的破碎程度和灌浆压力进行调节，以适应不同的地质条件。 第四，微膨胀。灌浆材料硬化过程中产生的微膨胀效应有助于填充裂缝，提高灌浆与煤体的粘结强度，减少收缩裂缝的产生。 第五，耐久性。无机加固材料不燃烧，不释放有毒有害气体，符合煤矿地下安全使用要求。与有机聚合物灌浆材料相比，无机材料在长期稳定性、抗老化性和阻燃性方面具有明显的优势。 四、小煤柱预灌浆材料的成分设计 4.1 凝胶材料系统 沿空掘巷超前支护无机加固材料小煤柱预注浆材料的凝胶材料系统主要包括以下几类。 一是普通硅酸盐水泥系统。符合GB的使用 175-2023要求的P.O 42.5或P.O 以52.5级水泥为基材，配合适量矿物掺合料调节浆液性能。该系统技术成熟，成本低，适用于开裂小煤柱灌浆加固。 二是硫铝酸盐水泥系统。以硫铝酸盐水泥熟料为主体，辅石膏、石灰等成分。该系统具有早期强度、微膨胀、渗透性好等特点，适用于对早期强度要求较高的沿空挖巷超前支护工况。 三是超细水泥复合体系。通过对水泥熟料进行超细磨削，可以显著降低材料的粒径，从而提高浆液在微裂缝中的渗透性。超细水泥基灌浆材料可与粉煤灰等矿物外加剂复合使用，在提高工作性能的同时降低材料成本。 4.2 外加剂和功能组分 为了满足小型煤柱预注浆材料在不同工况条件下沿空掘巷提前支护的性能要求，可在基本配方中添加以下功能成分。 减水剂用于降低浆液胶比，提高流动性和结石强度。速凝剂用于缩短冷凝时间，适用于破碎带或动水条件下的灌浆作业。缓凝剂用于延长可注时间，适用于大体积灌浆或高温环境。膨胀剂用于补偿浆液的硬化收缩，提高注浆体与围岩之间的密封性。 五、预灌浆施工工艺及质量控制 5.1 灌浆钻孔布置 沿空隧道小煤柱预灌浆的钻孔布置应根据煤柱宽度、裂缝发育程度和挖掘方向综合确定。钻孔间距一般按浆液扩散半径设计，一般为1.5米至3.0米。钻孔深度应穿透小煤柱的全宽，并进入实体煤的一定深度，以保证灌浆加固体与实体煤的有效搭接。 5.2 灌浆压力控制 根据NB/T 根据51030-2015年的规定，灌浆压力应根据受注岩层的条件确定。小煤柱预灌浆压力一般控制在1.5mpa至3.0mpa之间，最终灌浆压力不得超过上覆岩层的有效载荷，以防止煤柱破裂或浆液进入采空区。灌浆过程中应实时监测压力变化，发现异常时应立即调整灌浆参数。 5.3 质量检验与验收 无机加固材料小煤柱预注浆工程的质量检验应根据NB//T 51030-2015进行。检验内容包括灌浆孔施工质量、灌浆量、灌浆压力、灌浆扩散范围、加固效果等。通过钻孔取芯试验可以检测注浆加固后的煤体强度，加固后的单轴抗压强度应符合设计指标要求。根据GB/T 根据35056-2018年的规定，应在灌浆材料标准维护28天后进行锚杆拉拔试验，以确保试验结果准确反映钢筋的实际承载能力。 六、无机加固材料的应用前景。 随着我国煤矿开采深度的不断提高，沿空隧道技术在高应力、复杂地质条件下的应用越来越广泛。无机加固材料以其安全、环保、耐用、可靠的特点，在小煤柱预灌浆加固领域具有良好的应用前景。目前，行业对灌浆材料的研究已从单一性能优化向多功能集成方向发展。微纳米超细研磨技术、固体废物基础低碳凝胶材料技术等新兴手段逐渐应用于小煤柱预灌浆材料的研发。 与此同时，国家标准体系不断完善。国家标准《煤矿灌浆喷涂聚合物材料通用安全技术规范》的制定正在推进中，该标准将进一步规范煤矿灌浆材料的安全技术要求。随着行业标准的不断完善和技术水平的不断提高，小煤柱预灌浆材料将在煤矿道路围岩控制中发挥更重要的作用，为煤矿安全高效开采提供坚实的技术支持。