软岩巷道硐室锚注联合加固技术

软岩巷道硐室锚注联合加固技术软岩巷道硐室锚注联合加固技术 1 锚注联合加固机理锚注联合加固机理 软岩巷道的维护一直是煤矿生产建设中的难题 在软岩内布 置巷道和硐室 围岩变形量大 稳定性差 不仅施工困难 而且屡遭 破坏 往往需要反复维修 严重影响矿井的正常生产和安全状况 对于软岩巷道的支护 国内外尚无任何可 包治百病 的万能支护 方法 只能 对症下药 采用的支护措施 只有满足其变形力学机制 的要求 才能取得良好效果 被动性支护方式中 刚性支架 碹体等支护体 由于让压性能 极低 根本不能适应软岩巷道的围岩变形规律的要求 而以 u 型钢 为代表的各种可缩性金属支架 虽有一定的让压能力 也因难以满 足软岩巷道围岩巨大变形量的要求 无法获得满意的支护效果 作为主动性支护方式的传统锚喷支护技术 也已不适应高应力 大变形的软岩巷道 硐室 的控制 近年来发展起来的锚注联合加固支护技术是一种将现代注 浆加固技术 柔性锚索加固技术与传统锚喷支护技术有机地结 合在一起的新型加固支护技术 是一种较理想的把碎岩由载荷 变为承载体 有效改善软弱围岩性能的技术措施 它综合了锚杆 加固技术和注浆加固技术的所有优点 并在此基础上衍生出了许 多新的特点 成为解决高应力工程软岩安全维护的有效手段 其显 著优点如下 1 与传统锚喷支护技术中喷混凝土层的作用原理相比 浆液 的注入能够明显改善岩石的物理力学性质 浆液充填到岩石块间 的孔隙之中 使破碎岩石块重新胶结成一体 从而提高了岩体的整 体强度和稳定性 2 在锚注联合加固支护体系中 由于浆液能够与岩体及锚杆 全面接触 将杆体内 杆体与钻孔间隙 周围岩体的缝隙全部充 填满 从而形成 网络 效应 如同自然界中树木的主根与须根的共 同固结作用一样 使锚杆受力传递的可靠性和连续性得以充分保 障 全面调动了围岩的自身承载能力 同时使锚杆 锚索自身的加 固性能得以充分发挥 3 注浆后杆体与地下水 空气间的联系全部中断 彻底阻止 了锈蚀反应 从而保证了锚杆的长期锚固能力 保证了支护体系的 长期稳定性 4 在锚杆 锚索和浆液的共同作用下 注浆范围内的所有岩 石被胶结加固成一个整体圆涵 保护着整个巷道 硐室 的自由空 间 5 长达数米的柔性锚索的加入 使锚注联合加固支护体系中 的 加固拱 厚度大增 而 加固拱 厚度的增加 从根本上为大断面 巷道 硐室 安全维护奠定了技术基础 2 锚注加固参数设计锚注加固参数设计 2 1 注浆加固强度要求及注浆孔合理深度实施围岩注浆施工 时 影响注浆效果的参数很多 如 注浆压力 注浆顺序 注浆时 间 注入量 水灰比 添加剂种类 注浆孔深度等 通过合理 设计与有效控制这些注浆参数 目的是使最终加固效果达到最佳 值 使浆液充分注入围岩裂隙 将破碎围岩固结在一起 形成完整 的岩体 变载荷为承载体 从而达到有效控制巷道变形的目标 通 过实验室模拟测定和工程施工验证 注浆加固强度和注浆孔深度 对最终效果影响较大 1 注浆加固强度要求 室内模拟试验及工程实践验证结果 表明 当破碎围岩强度提高幅度达到 50 75 时 围岩变形量显 著减小 低于 50 时控制效果明显变劣 超过 75 以后 随强度的 提高 加固成本快速上升 但围岩变形量减小幅度变小 综合分析认为 使围岩强度提高 60 70 比较合理 2 注浆孔深度 注浆孔深度直接影响注浆范围 围岩加固厚 度范围 的大小 室内模拟试验及工程实践验证结果表明 随着注 浆孔深度的加大 围岩位移量逐渐减小 控制效果逐渐提高 底鼓 量减小幅度尤为明显 当注浆孔深度达到 2 0 3 5m 时 围岩位移 量显著减小 此后再增加孔深 减幅变小 综合分析认为 最经济合理的注浆孔深度为 2 5 3 0m 2 2 可注浆式锚杆及变径钻孔结构锚注联合加固施工成功与 否的关键因素之一 是可注浆式锚杆锚固段与钻孔岩壁间的密封 性和锚固性可否得到保障 工程施工要求所用的密封锚固材料 既具有良好的密封性能又能快速提供足够抵抗注浆压力的能力 还要求施工方便 快捷 可靠 经过多年探索 我们独家研制的 变径钻孔可注浆式锚杆注浆组合体系实际应用效果甚佳 1 可注浆式锚杆结构 变径钻孔可注浆式锚杆由外径 18 20mm 的厚壁无缝钢管制成 壁厚 3 4mm 沿长度方向上分 为锚固注浆段 锚固封孔段和联接段三部分 锚固注浆段长度 1000mm 分布有若干个 5 8mm 的射浆孔 主要作用是射浆和里 段锚固 锚固封孔段长度 650mm 其作用 一是将锚杆锚固在岩壁 上 二是完成固管封孔任务 防止高压浆液外溢 联接段长度 150mm 位于锚杆尾部 用于安装预紧螺母和联接注浆泵的出浆管 注浆段与封孔段之间设一挡环 主要作用是药卷限位和杆体定位 2 变径注浆钻孔结构及参数 变径钻孔由内外两段构成 外 孔段采用 42mm 大孔径 内孔段采用 28mm 小孔径 钻孔深 度 一般外孔段深度 0 8m 终孔深度 2 5 3 0m 3 中空膨胀型快速封孔药卷的结构 中空膨胀型快速封孔 药卷长度通常为 200 250mm 药卷内孔孔径为 20 22mm 药卷 外径为 38mm 共有 4 个结构层组成 自内到外依次为内皮 金 属网衬 药剂和外皮 2 3 注浆材料 在许多工程案例中 巷道围岩松动圈大 围岩空洞 裂隙多 注浆量大 此时 如何降低锚注联合加固的注浆成本显得尤为重 要 在水泥类注浆材料中加入其它细骨料以降低水泥用量是解决 问题的有效方法之一 发电厂废料 粉煤灰由于具有与水 泥相近的颗粒尺寸 容重和级配分布 因而悬浮性好 常作为首选 细骨料与水泥合并使用 一般粉煤灰含量为 15 25 水灰比控 制在 0 65 0 75 2 4 注浆参数 1 注浆压力 注浆压力受到围岩特性 浆材性能 注浆方 式等因素的影响和制约 注浆压力过小 浆液难以向围岩中扩散 达不到预期注浆效果 若注浆压力过大 可能导致在注浆过程中巷 道表面冒顶或片帮 一般情况下 注浆终止压力宜控制在 3 6mpa 围岩破碎严重的地点 可采用分次注浆工艺 初次注浆 压力宜控制在 1 5mpa 以下 2 注浆孔布置 注浆孔的布置应使相邻两孔浆液的径向分 布能够在一定程度上相互贯透 且浆液的多余部分能充填固结体 之间的孔隙 以保证注浆时不出现死角 经验表明 注浆孔间排距 一般可取为注浆有效扩散半径的 1 67 倍 实际施工中常用间排距 为 3 4m 3 注浆设备及施工工艺注浆设备及施工工艺 3 1 注浆设备 注浆设备主要包括注浆泵 高压胶管 搅拌机等 根据选型 计算 注浆泵型号选为 2tgz 60 210 型 浆液采用风动搅拌机拌制 搅拌机型号选为 lj 200 3 2 锚注联合加固施工工艺 锚注联合加固施工工艺流程为 施工准备 钻孔 安装可注浆式锚杆 造浆 注浆施工 清理锚注机 具 3 3 钻孔和安装锚杆 外孔段采用普通 7655 或 yt26 型风钻打眼 配用长度 1 0m 1 5m 钻杆和直径 42mm 一字型合金钻头 内孔段采用 风动锚杆打眼机 配用组合式接长钻杆和 28mm 合金钻头 也 可采用普通 7655 风钻 风钻配用 3 0m 长钻杆 打眼 每孔钻成后均应立即安装可注浆式锚杆 安装方法如下 首先 往锚固封孔段套装上快硬水泥空心药卷 蘸水 3 5s 后迅速插入钻 孔中 使可注浆式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 3 4 注浆施工 采用搅拌机拌制浆液时 必须先在搅拌桶中放入适量的水 之 后再缓缓倒入水泥和粉煤灰 浆液的水灰比控制在 0 60 0 80 范 围内 搅拌时间对于浆材与水的充分混合有着非常重要的影响 搅拌时间太短 浆材与水混合不均匀 使浆液的流动性受到很大影 响 因而搅拌时间一般不少于 5min 按施工要求连接好注浆管路 调 节注浆泵安全阀 经试转一切正常后方可正式开泵注浆 当注浆压 力达到设计终压值时停止注浆 每排孔注浆顺序为先注下部孔 次帮肩孔 最后再注顶孔 3 5 全长锚固型预应力锚索 在采用锚注联合加固技术治理硐室底鼓时 往往需要安装锚 索 传统做法是由打眼 下绳灌注 待升强度 张 拉 4 道工序组成 其弊端在于 在进行张拉时 由于钢绞线已经被 浆液固结体紧紧包裹住 因此张拉后实际产生预应力的仅有孔口 附近的几个厘米段 主体部分无法产生预应力 也有的在下绳灌注 时提前在钢绞线上涂抹油脂 此种做法虽能产生一些预应力 但实 际已变成端锚结构了 最终效果大打折扣 为此创立的 二次灌注 与张拉 施工法 虽然工艺复杂化 增加为 6 道工序且施工要求高 但真正实现了 预应力 和 全长锚固 二者兼得 经过 8 年来的多 次工程应用实践证实 对围岩变形的控制效果良好 3 6 锚注联合加固效果分析 对锚注联合加固巷道 硐室 进行的大量矿压观测表明 1 与未进行锚注联合加固的同等条件巷道 硐室 相比 实施 锚注联合加固后 7 28d 内顶板及两帮移近速度可降低 35 55 平均降幅为 45 而在 28d 以后降低幅度为 55 95 平均为 75 一般注后 3 个月逐渐趋于平稳 围岩两帮移近总量可减小 1 3 1 2 2 底鼓速度在 7 28d 内降低率平均值约为 35 在 28d 以后 降低率在 50 80 平均为 65 比两帮移近速度减少率 75 稍 小 分析原因 多是巷道底板施工条件较差 压力不易控制 浆液 渗透不到位所致 4 结束语结束语 本研究针对软岩巷道 硐室 常见条件 通过实验室试模拟试 验和大量现场锚注联合加固应用验证 得到以下主要结论 1 锚注联合加固主要参数设计正确 研制的可注浆式锚杆结 构合理 工作可靠性高 变径钻孔锚固注浆工艺国内独创 效果 极佳 2 矿压观测结果表