B070212 锚注技术在软岩巷中的应用.doc

锚注技术在软岩巷道的应用翟来军 杨新民峰峰集团有限公司薛村矿，河北 邯郸 056201摘 要：介绍以峰峰集团薛村矿三水平西翼延深工程下部车场注浆加固围岩的施工工艺及注浆加固巷道围岩的改进方法。关键词：软岩巷道 注浆 加固围岩 变形破坏对薛村矿西翼轨道下部车场巷道段的岩性特征及其变形力学机制特点综合分析后认为设法提高围岩松动圈的自撑能力和承载能力，可使其有效抵御深部围岩的变形压力。根据锚注加固支护特点及法则，进行支护方案选择。决定采用水泥浆加玻璃水和补强剂进行浅部注浆加固，然后在围岩松散破碎程度严重段采用瑞雷散高分子材料深部注浆加固，以改善围岩的力学性能，提高岩体自身的强度，从而改善巷道的维护状况。1 下部车场现状轨道下部车场巷道断面为4.83.7（m）。由于受F5、F6两条断层的影响，上部黑色粉砂岩非常松散破碎，掘进时顶帮片落严重。根据地质资料和现场观察，围岩在一座灰岩到野青之间，岩性为含有炭质、含植化，黑色粉砂岩顶部含砂质泥岩，夹有硅质、碳质结核成份，很不稳定，巷道布置位于向斜轴部，压力较大。巷道原采用锚、网、喷加U36钢棚联合支护，产生了严重变形，给巷道的永久使用和安全带来隐患。巷道已掘仅3个月时间，局部顶底板移近量达1000mm、两帮移近量高达900mm，巷道锚喷体破裂、脱落，不能满足使用要求。该岩层在理论上应划为“工程软岩”范畴，属于CADAB复合型变形塌落。因此，急需采取有效技术措施对巷道加固，以确保巷道的使用。经分析论证，结合已有的软岩支护技术成果，认为采用向支护体后注入水泥浆和化学浆提高围岩的整体性，进而提高围岩自身的承载能力，减少巷道破坏程度和达到巷道永久使用的目的。2 注浆加固方案西翼轨道下部车场长90m，通过地质技术资料和现场调察分析95点前、后各20m，其中40m巷道深部裂隙发育强大，造成顶部围岩的松散破碎程度严重。余50m岩性为黑色粉砂岩顶部含砂质泥岩，夹有硅质、碳质结核成份，很不稳定。为保证该巷道能够安全永久性使用，西翼轨道下部车场采用水泥浆加玻璃水和补强剂进行浅部注浆加固，在围岩松散破碎程度严重段（40m）采用瑞雷散高分子材料深部注浆加固。目前，国内外通常所用的锚注加固施工工艺均为定径钻孔工艺,施工中注浆锚杆的封孔定位安装工序，对工人的操作技术水平要求很高，不易保证工程质量。为克服这一缺点，本次采用变径钻孔施工，此工艺在保证较长注浆段的前提下，非常有利于锚固剂的充分捣实，封孔效果大大提高，为取得良好注浆效果奠定了技术基础。3 施工工艺3.1 锚注钻孔布置方式及参数设计采用深浅两种锚注钻孔，排式布置，深孔排和浅孔排交错布置。每排布置9个，其中：顶肩部3个孔、巷帮4个孔，底板2个孔。设计深孔2.5m、共12排，钻孔数108个,纯进尺270m。设计浅孔深度为2.0m、共32排，钻孔数288个,纯进尺576m。钻孔总长度869m。钻孔总数为396个注浆材料拟选用新型复合水泥浆材，即在传统水泥水玻璃双液浆中加入一定比例的加固补强型注浆添加剂，以增强浆液渗透性、提高固结体强度，保证注浆效果持久可靠。设计显效加固厚度平均值约为3.0m，围岩综合开口裂隙率按12计算，充填系数取80，浆液损耗系数按1.2，则水泥每沿m耗用量约为1.95m3，整个加固段(90m)约需耗用水泥176t。锚注孔径外孔段为42mm、内孔段为28mm。终孔深度为深孔2.5m、浅孔2.0m。外孔段深度为0.8m。 一般情况下，注浆孔排距是浆液扩散半径的1.52倍。我国煤矿巷道围岩注浆可靠扩散半径值通常在1.02.5m之间。中空膨胀型快速封孔药卷长度通常为200250mm，内孔孔径为20mm，外径为40mm，共有四个结构层组成，自内到外依次为内皮、金属网衬、药剂和外皮。变径锚注钻孔由内外两段构成，外孔段孔径为42mm，深度依据围岩破坏程度的不同一为5001000mm，本次设计拟采用800mm。内孔段孔径为28mm，深度视围岩破坏程度一般为10006000mm，本次设计的深孔孔径28mm，深25003000mm，浅孔孔径28mm、深20002500mm。3.2 注浆参数设计锚注锚杆的承载能力与注浆压力有直接关系，锚杆的承载能力随注浆压力增大而增大，这是由于高压浆液渗透到周围地层或高压在钻孔周围形成径向压力，提高了锚固体表面的粘结摩擦阻力（抗拔力）的缘故。但锚杆的承载能力随注浆压力的增大不是无限的。一般而言当注浆压力超过4MPa时，注浆压力的提高对锚注锚杆的承载能力增大的影响将是微不足道的，据此本设计选定注浆压力为46MPa。实际施工时通过调整浆液的渗透性和注浆终压，保证实际有效扩散半径不小于2.0m。单孔注浆量在实际施工中要根据各孔的实际情况灵活掌握，但实际最大以不超过1.5m3为宜。水泥与特种添加剂的比例应根据现场实际情况随时调整，一般宜控制在l（0.0080.03）。混合料的水灰比应控制在（0.65 0.9）l。水玻璃浓度一般应控制在1030Be。FC:S即复合水泥浆与水玻璃之比应控制在1:(0.10.3)。4 高分子材料注浆工艺根据巷道断面实际情况，设计采用每排布孔9个，深孔4m，预埋注浆管长度3m（2m实管+1m花管），封孔长度为1m，根据现场情况，对注浆孔布置、孔深、角度，以及封孔长度可适当调整。根据岩体的承受能力和最小抵抗面和轨道暗斜井下部车场掘进工作面围岩情况，设计注浆终压35MPa，随岩层裂隙变化，扩散半径1.02.0m。设计钻孔20排，钻孔总数180个，孔深4m，总进尺720m。根据轨道暗斜井下部车场围岩实际情况，在保证注浆压力和保证浆液扩散外半径的前提下确定注浆量，一般每孔注浆量6070Kg，预计注浆总量为1080012600Kg。5 注浆施工程序注浆施工工序如下图所示。图1 注浆施工工序施工质量要求：施工时注浆孔间排距、倾角、孔深等参数应尽量符合设计要求，一般角度误差不超过5，间距误差不超过0.3m，遇有特殊情况可由现场技术人员指导作适当调整。注浆施工工序为：连管封孔准备浆液开泵注浆凝固检查注浆质量验收。压注过程中要时刻注意观察注浆孔周围的碹壁情况，发现跑浆应及时处理。同时密切注意注浆泵的工作状况，发现异常立即处理，个别情况下可适当提高终压，但最高不得超过7.5MPa。每班由专人负责对打眼、注浆等情况进行全面记录，升井后填写到施工记录本上。外孔段采用普通7655风钻打眼，配用长度1.0m、1.5m钻杆和直径42mm一字型合金钻头。孔段采用风动锚杆打眼机或普通7655风钻(风钻配用3.0m长钻杆)，配用组合式接长钻杆和28mm合金钻头。施工质量要求： 施工时注浆孔间排距、倾角、孔深等参数应尽量符合设计要求，一般角度误差不超过5，间距误差不超过0.3m。遇有特殊情况可由现场技术人员指导作适当调整。 内孔段与外孔段必须保持同轴同心。每个孔钻成后均应立即安装锚注锚杆，首先往锚固封孔段套装上快硬水泥空心药卷，蘸水35秒后迅速插入钻孔中，使锚注锚杆挡环贴紧到变径台阶上，之后用专门的捣杆将药卷捣实，使之与孔壁密接，然后戴上托盘、螺母和注浆联接头即告安装完毕。设计采用双液注浆系统，主要设备有：搅拌机、注浆泵、储浆池、吸浆桶等。压注浆液可选用2TGZ60/210型双液高压注浆泵，搅拌机选用风动轻便式，注浆泵安装在平板车上随注浆点移动。注浆加固施工顺序为：单数排单数孔双数排双数孔单数排双数孔双数排单数孔。作业采用“三八”作业制。施工人员组织：打钻装管、注浆：班长1人，机手2人，注浆锚杆安装、运制浆2人，观察1人，合计每小班6人。图2 注浆工艺流程示意图6 注浆加固效果及评价在锚注加固后进行了观测，结果表明，巷道围岩强度明显提高，岩层坚固性系数f值由1提高到23。巷道变形量减小。根据顶底、两帮移进量观测，顶、帮变形得到有效控制，变形量仅在20mm左右，由于初期锚注未考虑底板及两脚，底板鼓起，变形量较大；随后及时采取措施在底板及两脚增加锚注锚杆进行锚注加固，有效的控制了底板变形。采用这种加固方式节省大量人力和财力。安全上是最大的受益者，创造了安全的工作环境，杜绝了事故的发生。改善了围岩的力学性能，提高了岩体自身的强度，从而改善巷道的维护状况。确保了巷道正常使用。7 几点认识 利用注浆加固方法加固巷道围岩，系统简单，施工方便，技术上可行，经济上合理。 为我矿掘进、回采过极软岩层提供了详细的技术资料，可靠的施工依据；同时，加快了掘进速度，确保了工作面正常衔接及巷道的服务年限，减少了巷道维修次数，降低了巷道维修成本。 对于复杂地质条件下软岩层锚注联合支护，对于细微裂隙的处理，水泥类浆液无法注入，国内主要采用聚氨脂化学浆进行注浆，这些化学浆主要存在价格昂贵、注浆工艺复杂，而专门设备等缺点。我们利用RLS-1型有机高分子材料浆液，结果表明，其各项性能指标均不低于