围岩注浆加固技术在软岩巷道支护中的应用.pdf

2 0 l 5年第 4期 童 娃磊 舛救 3 5 围岩 注浆加 固技术在软岩巷道支护 中的应用 王伟峰 张新过 龙 宇能源股份有 限公 司陈四楼 煤矿 河 南 永城4 7 6 6 0 0 摘要为有效延长开采深部资源时轨顺车场的服务年限 解决软岩条件下的巷道支护安全 通过对 2 1 4 0 3 轨顺车场实施 围岩注浆加 固 有效地控制了巷道变形 延长了巷道的服务年限 确保了安全生产 关键词 深部巷 道软岩 注浆加 固技术巷道 变形 中图分类号T D3 5 3 5 文献标识码B d o i 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 5 2 8 0 1 2 0 1 5 0 4 1 8 Su r r o u nd i ng r o c k g r o uti ng r e i n f o r c e me nt t e c h n o l o g y i n t he a pp l i c a t i o n o f t he s o f t r o c k t u n n e l s u pp o r t i ng W a n g W e i f e ng Zh a n g Xi n g u o L o n g y u e n e r g y C o L t d C h e n s i l o u c o a l mi n e He n a n Y o n g c h e n g 4 7 6 6 0 0 Ab s t r a c t T h e d e e p r e s o u r c e e x p l o r a t i o n t o e f f e c t i v e l y p r o l o n g r a i l a h e a d r u n n i n g fie l d l e n g t h o f s e r v i c e s o l v e t h e s o f t r o c k r o a d wa y s u p p o n u n d e r t h e c o n d i t i o n o f s a f e t y b a s e d o n t h e 2 1 4 0 3 r a i l a h e a d ru n n i n g fie l d s u r r o u n d i n g r o c k g r o u t i n g r e i n f o r c e me n t t e c h n i q u e e ffe c t i v e l y c o n t r o l t h e d e f o r ma t i o n o f r o a d wa y e x t e n d the s e r v i c e l i f e o f r o a d wa y e n s u r e the s a f e ty i n p r o d u c t i o n Ke y wo r d s d e e p r o a d wa y s o ft r o c k g r o u t i n g r e i n f o r c e me n t t e c h n i q u e t h e d e f o rm a t i o n o fr o a d wa y 陈四楼煤矿 2 1 4 0 3 轨顺车场附近巷道布置密集 且连续穿越十四采区 1 配电点及十四采区皮带上山 下 平巷 最小 岩柱 3 m 左 右 根据 地质 资料 及邻 近 巷道施工情况 预计穿越期间岩性以泥岩为主 围 岩较为疏松破碎 压力较大 巷道掘出一段时间后 后巷部分区域喷层会 出现开裂 脱落 断面缩小 无法满足安全生产的要求 为了保证 2 1 4 0 3轨顺车 场的正常使用 必须对其巷道围岩实施注浆加固 以保证 巷道围岩的稳定性 1 巷道岩体注浆法的概念 巷道岩体注浆法就是利用压送的手段通过注浆 钻孑 L 或注浆管把具有一定凝胶时间的浆液 即主剂 溶剂和外加剂的液态混合物 注入到岩体裂隙中 浆液凝结后充填在岩层裂隙中 使岩体的物理力学 性质得以改善 2 巷道围岩注浆加 固作用 1 软岩 破碎 充填加 固作用 采用壁后 注浆对易变形巷道破碎围岩加固处理后 使浆液充 收稿 日期2 0 1 4 1 2 0 9 作者简 介王伟峰 1 9 8 1一 男 河南永城人 助理 工程 师 毕业于山东科技大学 现从事井下巷道掘进工作 填和胶结围岩的空隙和裂缝 可将外荷载均匀地传 递给支架 使支架承受均布荷载 同时 注浆 充填层可吸收围岩部分变形能及变形量 并与围岩 锚杆 锚索 u型钢共同形成有效承压组合拱 能 有效提高支护结构的承载能力 2 裂隙充填与压密作用 注浆浆液可以将 相互连通的岩体裂隙充满 并将破碎的围岩胶结成 整体 抑制围岩流变 同时还可将充填不到的封闭 裂隙和孑 L 隙压缩 从而对岩体整体起压密作用 岩 体 弹性模量 强度相应 提高 有关研 究表 明注 浆可以提高破裂后软岩的强度 能够提高破裂后粉 砂 岩和页岩强度的 1 3 倍 3 网格骨架作用 注浆浆液经挤压或渗透 到围岩裂隙中固结 会形成新的网格骨架结构 固 结 体具有 良好 的韧性 和黏结性 承受外载 时表现 出 更 好 的塑性 可 以承受 较大 的变形 而不破 坏 从而 改 善 巷道 维护 状况 有关 研究 表 明 巷 道 围岩 注浆加固后可使巷道支架载荷降低 2 3 4 5 如围岩 与支架协调变形时 巷道支架载荷将降低 3 4 5 6 4 提高锚杆杆体抗腐蚀性 注浆浆液充入 杆体周围后 使杆体全长受到防锈钝化膜的保护 同时注浆浆液对锚杆也起到了很好地加固作用 保 证了锚杆 自身的长期稳定性 3 6 堪茬 舛技 2 0 1 5 年 第 4 期 5 注浆为锚杆提供可靠的着力基础 良好 的注浆效果可实现锚杆在全长范围内良好的锚固效 果 为锚杆提供可靠的着力基础 进一步保证了巷 道 内层结构 的承载能力 6 锚喷支护的增强作用 注浆浆液可 以强 化喷层与围岩的黏结作用 维护喷层稳定 使端锚 型锚杆转为全长锚固型 经围岩注浆加 固 使频于 破坏的锚喷支护体转变成高强的喷锚注加固圈 可 以使 围岩变形 速度大大降低 实现 长期维 护 7 水 泥基 注浆 材料 固结 破裂 煤岩 体 的性 能 得以增强 破裂煤岩通过水泥基注浆固结 其固结 体延性增大 变形能力 强度 稳定性显著增加 这有利于形成适应大变形的承载结构 3 注浆参数设计 3 1 注 浆深度 确 定 注浆深度一般略超过围岩裂隙发育的深度 裂隙 发育深度可通过深孑 L 多点位移计测量确定 或用超声 波岩石参数测定仪测定的松动圈厚度作为注浆深度 裂隙发育深度经验公式 r 0 7 8 2 1 3 y H R 式 中 Y一岩石容重 H 一巷道埋深 一 岩石单轴抗压强度 a一 巷道半径 根据巷道围岩裂隙发育情况 注浆孔深度一般 略 超 过 围岩 裂 隙发 育 的 深度 为 界 经验 值一 般 取 2 0 2 5 m 3 2注浆 时机 的确 定 实际注浆时间应在围岩重新稳定的平衡时间之前 进行 根据巷道变形规律 注浆滞后掘进时间大约在 3 0 d左右 一般滞后迎头 4 0 m左右 注浆时间选择还 要考虑围岩 自然裂隙发育条件 一般在泥岩中注浆要 比在砂岩中注浆困难得多 特别是一些泥岩或砂质泥 岩 可通过实际试验和测试 选择出合理的注浆时间 3 3 注浆管间排距 注浆管间排距根据浆液扩散距离设计 而扩散 距 离受注浆 压力 浆 液流动特征 裂隙开度 产 状 及分布特征和注浆工艺等因素影响 施工时 注浆 管间排距一般取 1 5 3 O m 为方便施工和操作 注 浆管问排距常设计为锚杆排距或棚距的 2 3 倍 如 图 1 所示注浆管布置平面图 图 1 注浆管布置平面 图 3 4注浆压 力 注浆压力主要用于克服浆液在裂隙中的流动阻 力 注浆压力受地层条件 注浆方式和注浆材料等 因素影响 注浆压力过高会引起劈裂注浆 可能在 注浆过程中导致围岩片帮 冒顶 注浆压力过小浆 液难 以向四周 围岩 中扩散 对于水 泥浆 液 注浆 注浆 压力 一般 控制 在 1 0 2 O MP a 在 施 工 中根 据 注浆 量 适 时 调 整 围 岩 破 碎 严 重 时 注 浆 压 力 取 0 5 MP a左 右 围 岩 比较破碎时取 1 O MP a 左右 围岩裂隙较小时可取 1 0 2 O MP a 如果 围岩 强度低 应 控制 注浆压 力不 超过其抗压强度的 1 3 3 5 浆液 浓度 浆液水灰比一般取 0 5 1 1 5 1 现场施工时可 根据浆液的渗透性适当调整 为保证注浆固结巷道 围岩的强度 水灰比不宜过大 采用掺人高效减水 剂提高水泥浆液的流动性和渗透性时 可适当降低 浆液 的水灰 比 4 注 浆施 工工艺 4 1 准备工作 对巷道的原有支护或围岩暴露面喷射混凝土 使喷层与原支护结构形成一个结合层 封闭岩面 防治跑浆 每次注浆开始前 要根据注浆计划 在 作业地点附近的干燥处备够足量的注浆材料 4 2钻 孔 钻孔施工时 为避免因注浆孔过近而产生窜浆 现象 同一断面的注浆孔先打 1 3 5号孑 L 并按 序号先后进行注浆 待注浆结束后 再打 2 4号孔 并按序号注浆 沿巷道轴向方向的注浆孔 每间隔 一 排进行 打眼注浆 注浆 5 0 m后 再进 行加密注浆 4 3 安装注浆管与封孔 在鱼鳞扣段缠绕破布或麻线 用锤将注浆管打入 下转 第 3 9页 2 0 1 5 年第 4 期 童 聪晨 斜技 3 9 两 帮 穆 近 麟要 耋 磊 矗 位 墓 顶 底 板 秽 近 重 日期 图5 回采前 1 2 1 0 巷表面位移曲线 一 目 1 0 瑚 毋 膏 0 9巷表 面位移 曲线 蔓z摊 m I作 m 图 7 回采期 间 1 2 1 0巷 1 表面位移 曲线 总体来说 巷道变形量在控制范围之内 说明全 长预应力高强锚杆支护系统有效控制了巷道的围岩变 形 特别是在软煤区巷道支护中起到了很好的作用 4 结论 1 寺河矿二号井 l 5 煤体强度主要集 中在 1 5 2 5 MP a 之 间 平均强度 1 7 8 MP a 煤层强度测 试曲线起伏较大 说明煤体内大量的弱面 影响了 煤层强度 的稳定性 2 井下工业试验表明 巷道顶板下沉量在回 采 之 前最 大 为 1 l m m 两 帮 移近 量最 大 为 4 5 mm 顶 底板移 近量 最大为 4 0 mm 巷道 在整个 服务期 间 两 帮 移 近量 最大 为 1 7 1 m m 顶 底板 最 大 移 近量 为 9 0 mm 锚杆受力在 3 0 6 0 k N之间 支护系统受力 较为平稳 均在工作阻力范围之内 说明对于软煤 区巷道 采用高预应力高强锚杆全长锚固及时支护 围岩 完全能够控制巷道围岩的变形 参考文献 1 陈健 房淑海 刘纪元 锚 固技术在急倾斜厚松 煤层全煤支护中的应用 J 煤炭技术 2 0 0 4 9 2 张玉国 谢康和 何富连 等 锚网索支护软煤 综放面开切眼围岩稳定性研究 J 岩石力学与工 程 学报 2 0 0 4 2 3 1 9 3 2 9 8 3 3 0 4 3 成俊峰 高明仕 王伟 东 等 三软 煤体复 杂多变复合顶板煤巷动态支护技术 J 金属矿山 2 0 1 2 2 4 0 4 4 4 余伟健 冯涛 王卫军 等 软弱半煤岩巷围岩 的变形机制及控制原理与技术 J 岩石力学与工 程 学报 2 0 l 4 3 3 4 6 5 8 6 7 1 5 康红普 王金华 林健 煤矿巷道锚杆支护应用 实例分析 J 岩石力学与工程学报 2 0 1 0 2 9 4 上接 第 3 6页 孑 L 内 注意保护管端的丝扣 并在孔 口用树脂锚 固剂或软木塞 快硬水泥 布袋等封堵 如图2 所示 丝担 墨置担 图 2注浆管示意 图 4 4 制 浆与 注浆 为方便制浆与控制水灰比 现场宜制作使用一定 容积的制浆容器 容积大小以每次制浆时的水泥用量 为水泥袋数的整数倍控制 连接注浆高压胶管与注浆 阀 制好浆液后开始注浆 注浆期间应不断搅拌浆液 以保持浆液浓度均匀 注浆初期 岩层裂隙大 扩散 阻力小 排浆量大 注浆后期 岩层裂隙逐渐被充填 浆液扩散阻力增大 排浆量减小 注浆压力随之增大 但不超过设计值 注满后 浆液停止不动 保持终压 不变 维持 l 3 mi n 以保证注浆充填程度和密实性 4 5 清洗设备 关闭注浆泵及注浆管上的球阀 打开注浆泵卸 压阀 卸下高压胶管 注意 注浆管上的球 阀至少 在注浆结束半小时 待浆液初凝后 方可拆卸 装到另一个注浆孔上继续注浆 或注浆结束开始清 洗设备 清洗设备时 应开动注浆泵 吸入清水冲 洗注浆泵及其管路 5 巷道位移监测与支护效果 为 了观测 巷道压 力显现 程度 在 2 1 4 0 3 轨顺 车 场注浆巷道范围内 每隔 5 0 m布置一个测点 共布 置 2个测站 采用 十字 断面法 观测巷道 的两帮 变形量 图 3 底鼓量和顶板下沉量 一 b 一 厂一 一 0 r 一 5 l O l 5 20 2S 3O 25 40 50 6 0 7 0 观测时闻 d 十l 号顶底板移近量 I 1 号两帮移近量 十2 号两帮穆近量 一2 号顼底扳移近量 图 3 巷道 围岩 变形 曲线 由图 3可 以看 出巷 道注浆加 固后 两帮 和顶板 的 位移量经过 3 0 d 后下沉量的变化速度明显地趋近平 下转第 4 2页 42 童 瞧蒺 斜 技 2 0 15 年 第 4 期 顶板下沉量 6 m m 底鼓量 1 4 mm 数据统计说明 两 帮移近量和顶底板移近量均较小 巷道变形得到了有 效控制 同时 两帮变形以工作面侧为主 占变形总 量 7 0 顶底板移近以底鼓为主 占变形总量 7 0 这是由于底板岩 I生 软弱 并且缺少支护引起的 由图 3 b 可 以看 出 回采期 间 当测点 到达 工作面前方 5 0 m范围时 巷道变形量增长较快 但 最终变形量不超过2 0 0 mm 证明支护设计是合理的 有效地控制了围岩变形 i l o o 器 犁 0 两帮穆近量 工作面侧帮穆逝 顶扳下觉量 顶底板穆近量 日期 a 回呆前l 测点巷遭断面变化曲线 两帮移近量 一 顶底扳穆近量 一 距工作面堕高 m b 回采期闾l 测点巷道断面变化曲线 图 3 1 测点巷道 断面变化 曲线 4 2 锚杆 索 受力监测 锚杆 索 受力状况是验证支护是否合理的重 要判别依据 如果受力均匀且较小 说明支护合理 如果受力普遍偏大 说明支护密度不够 应采取补 强措施 在 1 2 0 9巷距离巷口4 1 5 m位置布置综合测 站 采用 MC 一 5 0 0 B 型锚索测力计进行锚索受 力监测 共布置 1 0个测力计 其 中 1 3 测力计安 装在工作面侧煤帮上 4 7 测力计安装在顶板上 8 1 0 测力计安装在实煤体侧 监测结果见图 4 由图 4可 以看 出 1 3 锚杆测 力计从安 装到滞 后掘进工作面 1 5 m过程中 受力显著增大 滞后 趋 于平 稳 最终受力在 4 0 6 0 k N之间 说明工作面 侧煤帮碎胀变形压力得到一定程度释放之后 得到 控制 4 7 锚杆测力计安装之后受力一直无 明显变 化 受力范 围 3 0 6 0 k N 证 明施加 预 紧力之 后 顶 板 无 明显变 形 8 1 0 锚杆 测力计 受 力表 现 出与工 作面侧煤帮锚杆测力计相似的规律 最终受力稳定 在 3 0 6 0 k N之间 综上所述 支护参数设 计合理 十4 嘴轩测力计 4 1 秆 力计 轩测力计 嘴 杆测力计 l 喵 杆测力计 杆测力计 嫦 杆涮力计 一 杼测力计 一