2 注浆固结试验及注浆参数设计2.1 实验室注浆固结试验根据实验室采取完整试块和破坏后试块注浆固结体的单轴加载试验结果，可以得出如下几点基本结论：(1) 注浆固结体具有一定的承载能力，但其破坏载荷和抗压强度比完整试块低得多，用破裂岩块压注浆固结体的单轴抗压强度与完整试块单轴抗压强度的比值来描述，本书将它定义为注浆固结体的强度恢复系数，用 k 表示k 值的变化范围为 5％～60％，其中破裂煤体的注浆固结强度恢复系数平均为39.4％，泥岩平均为 19.07％，砂岩平均为 8.87％一般情况下，原试块强度越高，强度恢复系数 k 越小；原试块越软，强度恢复系数 k 越大2) 注浆固结体的体积与原完整试块体积相近，一般情况下固结体的体积略大，其中破裂煤体注浆固结后体积较原完整试块平均增加 6％，泥岩增加2.27％砂岩分两种情况，三分之一的注浆固结体体积较原完整试块略小，平均减小 5.65％，三分之二的注浆固结体体积较原试块略大，平均增加 8.6％，破裂砂岩固结体体积总计平均增加 3.85％3) 注浆固结体的 k 值及体积变化主要取决于岩性，对试块的破裂形式和程度十分敏感k 值一般随破裂面的增多趋向增加，能够形成固结效应；当仅有一到两个主控破裂面时，常常不能形成有效固结，是值很低，比如砂岩最小值是仅有 3.59％。
2.2 松散体实验室粘结试验粘结试验是研究固结规律的经典试验，根据实验室粘结试验反映一个共同的规律：散体状态下，随粒度的变小，孔隙率降低，其注浆固结体强度相应较低；随着粒度的增大，孔隙率提高，其注浆固结体强度相应较高即注浆固结体强度有随粒径和孔隙率增大而增加的趋势，松散介质注浆固结强度取决于骨料强度和注浆程度如果采用高水速凝材料渗透性能很强，孔隙率较大，必然导致较大的注浆量和较高的固结程度，骨料粒径越大，其承载骨架作用越明显，并从根本上制约着固结体强度煤岩体经过充分地破碎后分为不同粒度的散体，其本身是没有承载能力的，仍采用强度恢复系数 k 来表述散体的固结效果很明显 k 值随粒径的增加而提高在粒度相同时，孔隙率大的强度恢复系数高，即在同样的岩性条件下，孔隙越发育 k 值越大2.3 注浆设计特点国内外注浆工程设计和施工主要依据经验类比法，大型注浆工程一般都开展尽可能模拟现场实际条件的注浆试验或原位试注浆以确定注浆参数并进行施工设计，这种方法是行之有效的但也反应出注浆理论尚处于发展的初级阶段，技术、工艺等方面都存在不能确定的因素理论成果还不能满足现阶段注浆工程的实际需要，究其原因主要有以下几点：(1) 裂隙岩体的渗流问题在理论和实践上都比多孔介质渗流复杂得多，目前的主要研究方法为室内平面裂隙或裂隙组的模拟实验，已有的理论成果也主要是引用裂隙水渗流动力学，许多理论问题尚未得到解决。
2) 注浆工程是一个复杂的系统工程，裂隙的性质、分布特征和规律难以准确定量把握，注浆介质结构复杂，客观上很难定量分析各因素之间关系3) 由于注浆前的准备工作(工程地质勘查、实验室实验等 )及施工过程中的监测工作得不到应有的重视和实施，在开展设计和施工控制时缺乏所需的足够的信息量施工操作尚无统一明确的标准和规程，带有随意性，注浆效果难以保证4) 不同注浆工程有不同的特点，进一步增加了研究的难度煤矿地下巷道一般为维护期有限，相对于地面大型的岩土工程服务时间较短的工程，特别是采准巷道是维持正常生产的常规巷道，一般仅有数年维护时间，客观上要求维护技术简单实用，支护费用少，施工操作方便因此需针对巷道围岩注浆的特点，研究巷道围岩滞后注浆技术，一方面弥补理论研究的不足，另一方面掌握该技术以便于推广应用2.4 巷道围岩滞后注浆加固参数设计巷道围岩注浆是一种在巷道开掘后作业的滞后注浆技术，是在巷道围岩变形过程中但尚未稳定时进行的，是为巷道维护提供更好的围岩条件考虑围岩变形的动态影响是这一技术区别于一般注浆技术的主要特征因而注浆参数包括加固时机，即滞后注浆加固时间；与围岩破坏及变形对应的注浆深度和注浆加固体强度；以及注浆孔间排距、注浆压力等与巷道围岩裂隙渗透性能相关的注浆参数。
2.4.1 注浆压力的确定巷道围岩滞后注浆加固应符合注浆压力有限的原则，采用控压注浆的方式进行关键是合理注浆压力的确定、正确的注浆施工工艺及注浆泵的工作性能巷道围岩滞后注浆时，注浆压力主要受开挖后的二次应力场影响，与巷道埋深并不直接相关，因而不能采用基于埋深的压力公式；由于巷道围岩的裂隙是相对干燥的，显然注浆压力与静水压力关系不大因此巷道围岩注浆加固时，注浆压力具有特殊的规律性，不同于一般的岩土注浆工程巷道围岩注浆压力主要取决于围岩的渗透性能和浆液性能，设计的渗透范围等注浆压力高有利于浆液渗透，减少注浆孔等工程量，但有可能破坏围岩的整体结构，造成漏浆采用滞后注浆方式时，要求注浆深度有限，岩体有明显的裂隙，注浆压力一般不超过 2MPa，围岩裂隙发育严重破碎时一般不超过1MPa，裂隙开度较小时可采用 1～2MPa如果岩性软弱，应控制注浆压力不超过抗压强度的 1/10，以防产生劈裂面，对于渗透性能较差的岩体，应采用加密注浆孔的办法解决，不能仅靠提高注浆压力来解决问题这里对巷道围岩注浆时的劈裂效应作一简单解释当钻孔内施加注浆压力后，由于岩石的初始应力和抗拉强度被注浆压力克服，从而发生有利于可注性的水力劈裂，它首先发生在垂直于小主应力的平面上。
巷道周围破裂岩石内存在大量的破裂面，裂隙尖端极易在注浆压力作用下进一步破裂，产生劈裂效应实际情况可能是张开度比较大的宏观裂隙容易受浆，其尖端进一步破裂；而相对张开度较小的裂隙由于粒度效应等原因不能进浆，同时裂隙两侧结构体受到挤压而进一步闭合因此从巷道围岩加固来说，采用相对较低的支护压力，使浆液在裂隙中流动，尽量不破坏裂隙岩体的原有结构，以避免大范围的劈裂现象，但同时允许一定程度的劈裂效应，以提高岩体的可注性和注入浆液的总量，并改善细小裂隙(未注入浆液的)的受力状态，使其趋向闭合，而从提高围岩强度另外松散煤体的裂隙多为细微裂隙，水泥类浆液在低水灰比下很难渗入，只有通过劈裂效应产生相互贯通的渗径结构，才可能通过注浆固结松散煤体井下实验表明这种劈裂效应在低压下即可以实现，一方面形成渗流通道，另一方面将通道周围煤体内的裂隙压密，从而达到提高围岩强度的目的统计工程实例，巷道围岩注浆压力差异较大，本次提供的注浆压力一般低于同类注浆工程，原因有两个：①明确提出滞后注浆方式，并选择合理的注浆时机，在围岩渗透系数最高时实施注浆；②针对留巷巷道围岩强度偏低，确保围岩稳定这对于注浆加固巷道围岩是十分有利的2.4.2 注浆加固深度和注浆孔深注浆深度也是巷道围岩注浆的一个特殊参数，它取决于如下因素：1. 支护强度支护强度主要取决于稳定巷道围岩所要求的固结圈厚度。
滞后注浆稳定巷道围岩主要是通过对浅部破裂区岩体的注浆固结，促使其形成承载结构，从这个意义上说，固结圈厚度越大越好，其承载能力与半径的平方成正比，可以较大幅度地提高支护强度但固结厚度过大，围岩的径向变形刚度则很大，载荷快速增加，适应围岩变形的能力减小，经济上也不合理；同时较深部围岩的渗透性能很低，破坏较小，难以实现有效注浆固结软岩巷道维护一般强调在支让平衡中实现围岩稳定，同时矿井巷道特别是其中的采准巷道维护周期相对较短，不需要完全控制围岩变形，允许有一定的变形量，因而固结圈厚度可以适当减小2. 破裂岩体的固结效果根据巷道围岩的破坏特点及应力状态依次可分为三个区：破碎区，包括周边松散及残余阶段岩体，此区可见宏观裂隙；峰后强度区岩体，围岩处于极限平衡状态，已发生不同程度的塑性变形，裂隙张开度较小，不甚发育；弹性区破裂岩体注浆固结实验表明，注浆固结体的强度主要取决于被注介质性质、浆液性能和注浆压力，其中被注介质的块体强度和破坏程度是最大的影响因素而具体到一个注浆工程，岩性是确定的，注浆固结体强度主要取决于围岩的破裂程度，随破裂程度的增加，固结效果越趋明显，残余破坏段岩体的固结系数可达 1.5而破裂面较少的岩体注浆固结作用甚微。
由此可见破碎区注浆固结效果显著，容易实现注浆，峰后强度区裂隙小，应力水平较高，渗透性能差，且注浆效果不明显因而，仅就注浆效果而言，注浆深度应深入破碎区达到峰后强度区边缘较合适，这样可以保证破碎区围岩的充分固结3. 浆液在径向扩散的性能 由于裂隙张开度在径向由表及里是逐渐减小，而围岩应力是由表及里是快速增加的，因而巷道围岩在径向的渗透性能呈负指数规律快速衰减，即浆液向围岩内部渗透性能很弱因而为保证注浆效果，注浆孔深设计应基本与加固深度相同，可不考虑向内的渗透距离，实际注浆巷道的翻修证实浆液主要沿注浆孔向两侧及围岩表面渗透综上，注浆加固深度的确定归结为巷道围岩的破碎区范围的确定一般可用声波测试围岩的破碎区范围或用多点位移计观测分析围岩的破碎区范围，也可以用经验公式估算裂隙发育区半径根据资料，30d 裂隙发育区半径的相对比值有如下关系：顶板(与巷道半宽比) ：N30＝0.94+1.55γh ／ δ两帮(与巷道半高比) ：L＝0.87+1.27γh ／δ式中 δ—顶板及两帮岩石的单轴抗压强度；γh –岩石密度于巷道埋深乘积，反应围岩应力因素经验表明，一般效果明显的注浆深度不超过 1.0～1.5m ，这个加固深度即可以实现巷道围岩的稳定。
为保证该范围内的围岩得到有效加固，一般注浆深度设计为 2.0～2.5m，进一步加大注浆孔深作用甚微煤矿的实际情况表明，注浆孔设计超过 2.5m，常规的施工机具也难以完成2.4.3 注浆孔间排距巷道围岩裂隙渗流存在各向异性、不均匀性和方向性，用渗透半径或扩散半径来描述浆液的扩散范围已不能反映实际情况，也不能说明问题的本质，用不同方向的扩散距离更适合层状裂隙岩体中节理和原生裂隙的方向性是十分明显的，其主导裂隙常被一些次要裂隙切割，巷道开挖后产生新的破裂面，进一步形成裂隙网络，弱化了裂隙的方向性，但其渗透能力仍是各向异性的，因此注浆孔的间排距设计必须考虑不同方向的扩散距离及浆液的偏流效应裂隙水交叉流具有三个水力特性：偏向、裂隙 α 和 β 两方向上水流阻力效应不等、偏流，因此不能将裂隙岩体视为单个裂隙的组合，而应看成是单个交叉裂隙的组合不考虑偏流效应所进行的分析和预测与实际情况相差较大在隙宽不等的交叉裂隙中，裂隙水过交叉时因为偏向而在口与夕两方向上出现不等的局部阻力效应，是偏流形成的机制实验表明宽缝及窄缝的进水量分别与各自的泄水量不等，在某种条件下偏流现象十分剧烈，以致窄缝进水量过交叉后，几乎全部偏向宽缝流走。
由于存在变形的临空面，巷道围岩裂隙中垂直于轴向的开度往往较大，并向围岩内部衰减，使围岩裂隙网络中的交叉裂隙具有明显的倾向这种分布特征，将导致绝大部分浆液沿宽裂隙在轴向上流动，其他方向渗流较少实践中常常能观察到浆液沿某一条或数条大裂隙沿巷道轴向流动很远，而钻孔附近及大裂隙附近未进浆或仅有少量进浆的现象因此必须考虑交叉流效应导致的注浆渗透范围的极度不均匀现象，以便调整钻孔布置和注浆施工顺序，以保证注浆效果综上所述，浆液流动有如下特征：①浆液沿进浆裂隙扩散，受裂隙的方向性限制而不能超越于裂隙之外；②随裂隙开度不同有不同的扩散距离； ⑧存在偏流效应，浆液在非主要裂隙方向的渗透能力较低，即浆液在两个方向上渗透距离相差较大④随着应力增加及岩体的破裂程度减弱，围岩在径向的渗透性能衰减很快，因而浆液的渗流主要表现为沿注浆孔底向周边围岩扇形渗透，向更深的围岩内部渗透很弱，设计时可以不考虑这个因素采准巷道一般是顺层布置的，根据沉积岩的裂隙分布规律，在一般情况下必有一组主导裂隙的延伸方向与巷道轴线成锐角，因而巷道轴向的渗透性能常常是比较强的，注浆孔排距可以适当加大实测表明，巷道表层轴向渗透距离可以达到 2.0～3.0m，设计注浆孔距应使两个注浆孔的渗透距离有一个交叉，可以取 0.65～0.75 的系数，即注浆孔排距一般为。