副暗车房绳道交岔点相关硐室围岩锚注加固

1、1概况冀中能源邯矿集团云驾龄矿副暗车房、车房配电室及通道、绳道、以及副暗上车场交岔点位于副暗斜井的上部，副暗上车场的左侧，布置在-150水平的下石河子组泥岩和砂质泥岩中，埋深400m，其顶底板大多为泥岩和砂泥岩互层。车房设计断面为12×6.8米(净宽×净高)，通道及绳道的设计断面为3.6×3.4米(净宽×净高)，半圆拱支护形式：锚杆+锚索+网+喷；底板未支护。最近刚施工完毕，由于埋藏深、围岩比较软弱破碎，顶帮和底板均出现不同程度的变形，为了保证上述硐室在较长时间内正常使用，经矿领导研究决定委托河北同成矿业科技有限公司对副暗车房、车房配电室及通道、绳道、以

2、及副暗上车场交岔点进行全断面锚注加固的设计和施工，(其中车房配电室及通道26.5m，车房11.5m，绳道40m，交岔点22m，总工程量100米)。2 软岩巷道全断面锚注加固煤矿井下巷道安全可靠的支护是确保矿井正常生产的基础，为确保松软破碎困难条件下的巷道支护安全，近年来，研究发展了高地应力条件下高强度的巷道支护理论与技术，开发了配套的强力锚杆、强力锚索支护系统，较为有效地解决了软岩巷道的顶板与两帮的支护问题。但由于受施工机具材料及理论研究水平的局限，限于目前人们对煤矿软岩巷道及其支护性质认识上的一些缺欠，对底板进行支护与加强处理的重要性认识不够。加之现有传统的巷道支护方法与手段无法满足软岩巷道

3、大变形量的要求，长期以来一直没有较好地解决好巷道底臌的问题，国内许多矿区巷道收敛变形主要是由于底臌造成的，底臌量往往占顶底板移近量的主要部分。同时，由于目前国内普遍缺乏对各类软岩巷道底板的支护与加强处理，加之巷道积水的长期作用，底板岩石软化程度更大，使得巷道底板成为整个巷道支护系统的薄弱环节之一。采用传统的反拱底梁及灌注砼的方法很难控制巷道的底膨，而且容易造成巷道反复整修。由于锚杆长度小、锚固力低，对已经形成较大破坏变形的巷道围岩，底板锚杆内着力点很难形成，不能有效抵抗底板深部围岩传递的压力，因而不能有效抑制巷道底臌。注浆作为改善井巷围岩性质的重要技术,能在原位提高破碎岩体的力学性能，并显著提

4、高破碎岩体的完整性，破碎岩体注浆并进行锚杆支护后，可为锚杆内力着力点和拱形压缩带的形成创造可靠条件。而强力预应力锚索支护可以克服锚杆长度短、锚固力低的缺陷，采用注浆与预应力锚索两种不同性能支护的组合结构对巷道底板进行联合支护，能发挥两种支护形式的各自特点。在注浆和锚索预应力的综合加固支护作用下，围岩整体性得到增加的同时进一步被压缩，选择一定的参数，可使松散围岩在注浆和锚索的共同作用下形成自承拱，提高了围岩的内在抗力。注浆在预应力锚索复合支护中起着重要作用，注浆不仅能通过约束和固定锚索对岩体起到加固稳固作用，而且浆液还可渗透到岩体裂隙内，对岩体起到胶结作用，提高了岩体的整体性。注浆后，预应力锚索

5、周围的岩体得到胶结和改善，锚索和周围岩体之间的部分裂隙被注浆浆液凝胶体所充实。周围岩体对锚索的握裹力增大，且锚索延长受到的摩擦阻力作用得到提高，则锚索的抗移出能力得到增强。在预应力锚索的作用下，锚索将巷道底板表面围岩与深部稳定岩层紧密地联系在一起，共同承载，提高了岩体的整体抗变形能力。根据井下实地考察情况结合地质资料、工程资料分析可知，云驾龄矿车房及其他相关硐室应属典型的软岩巷道。根据围岩岩性特征及其变形特点综合分析认为：任何形式的被动式支护体系，其支护能力在超强的地应力面前都是十分脆弱和渺小的，根本不可能控制得住此类高应力工程软岩的变形。只有设法恢复和提高浅部围岩的自撑能力和承载能力，使其有

6、效抵御深部围岩的巨大变形压力，才能有效控制此类软岩巷道的变形。对极软破碎围岩巷道变形破坏的最有效治理手段之一便是建立注浆补强与锚索、锚杆加固的全断面联合支护体系，将柔性锚索、锚杆支护技术与注浆加固技术有机地结合在一起，综合了锚杆加固技术和注浆加固技术的所有优点，不仅重视巷道顶板及两帮的支护，同时也对软岩巷道底板支护提出了较高要求。河北同成矿业科技有限公司采用全断面锚注联合加固技术成功地对峰峰矿业集团羊渠河矿-420水平绞车房硐室（属高应力地区）及黄沙矿-500水平214变电所、平煤集团六家煤矿、风水沟煤矿多条主要大巷（属松软易胀岩层）等多个矿井巷道、硐室实施锚注加固，均取得了令人满意的加固效果

7、。实践证明锚注联合加固技术对处于高应力地区及松软岩层巷道支护是一种行之有效的技术手段。3化学注浆加固技术及机理目前注浆加固材料有无机和有机两种，无机材料以水泥或水泥水玻璃双液浆为主，有机材料以丙烯酰胺、木质素、环氧树脂等高分子化学材料。无机材料浆液为颗粒型，而且凝固时间不宜调节，跑漏严重，遇水易分散，浆液在凝固过程中离析析水，凝固体强度上升慢且脆性大，主要用于裂隙较大且自身强度较高的围岩注浆。而化学浆液为溶液型，可以渗透到细小的裂隙和孔隙内，浆液反应速度快而且可调，凝固体有较高的弹性，强度上升快，在几分钟内可达到最终强度的90%以上。3.1化学注浆加固煤岩体技术就是利用专门注浆设备将高分子材料

8、浆液压入煤岩体，其封堵、充填和固结围岩（或煤层）的裂隙面，提高围岩整体性，达到充填裂隙及加固围岩的目的。3.2德克因加固煤岩体的作用机理目前相关化学注浆加固破碎煤岩体的理论研究较少，总体来说主要是停留在对宏观显现定性的总结，缺乏深入定量的研究。加固作用一般包括如下几点：1) 骨架网络作用-提高煤岩体的整体强度在破碎煤岩体注浆加固过程中，浆液在泵压的作用下挤压或渗透到破碎煤岩体的大大小小的裂隙中去，浆液固结后，以固体的形式充填在裂隙中并与岩体固结，这些充填的材料在岩体内形成新的网络状的骨架结构。注浆后的岩体增加了由加固材料形成的浆脉，现场观测到的浆脉厚度为0.5mm50mm。这些浆脉在岩体中呈薄

9、厚不一的片状或条状，但均互相联系形成网络骨架。网络骨架内侧则是均匀密实的岩体，形成骨架网络的充填材料具有较好的弹性和粘结强度。2) 补强加固作用当集中的切向应力超过岩体的强度极限时，巷道表面的周围岩体首先破坏，产生裂隙，岩体原有的内应力及内摩擦角下降，巷道围岩在一定范围内形成围岩破碎带，在此破碎带内的岩体虽仍具有一定残余强度，但其抵抗巷道围岩深部变形的能力显著降低。注浆加固的目的就是通过注浆使这一区域内的破碎岩体的强度及整体性得到加强，由于浆液在岩体内充实，固结强度提高，使巷道周围形成完整的连续的承压体，围岩应力分布趋于均匀，减少应力集中现象，提高了支架的承载能力，显然这有利于围岩的稳定。注浆

10、可改善岩体弱面的力学性能，既提高裂隙的粘聚力和内摩擦角，增大岩体内部块间相对位移的阻力，从而提高围岩的整体稳定性。3) 充填压实作用注浆浆液在注浆泵注浆压力的作用下，不但可以将相互联通的岩体裂隙充满，同时在压力的作用下，还可以将充填不到的封闭裂隙和空隙压缩，从而对岩体整体起到压实作用。压实作用的结果是使岩体的弹性模量提高，强度也相应提高。4) 转变破坏机理作用当岩体中存在较大的裂隙时，且裂隙附近的岩石单元处于二向应力状态，而当裂隙内充满加固材料后应力发生变化，这些单元将转变成三向受力状态。岩石在三向受力状态下的强度极限将比在两向或单向时显著增大，并且脆性减弱，塑性增强，注浆加固从而起到了转换破

11、坏机理和增加岩体强度的作用。5) 与支护结构形成共同承载作用破碎松散岩体中实施注浆加固，可以使巷道破碎煤岩体重新胶结成整体，形成承载结构，充分发挥围岩的自稳能力，并与巷道原有支护体系共同作用，从而减轻原有支护体系承受的载荷，相关研究表明围岩注浆加固使原有支护体系载荷降低2/34/5、围岩与支架一起变形时支架载荷可降低3/45/6。经分析，注浆加固可明显改善巷道围岩应力分布，大大减少巷道顶板下沉量。6) 封闭保护作用巷道破碎煤岩体注浆后，凝固后的浆液固结体将封闭围岩的裂隙，阻止地下水和有害气体侵入、渗漏，防止巷道围岩裂隙引起的漏风、漏水现象，杜绝瓦斯和水害事故的发生，对防治瓦斯和水患具有比较重要

12、的作用。4 锚注加固总体方案1）对变形巷道按设计要求进行整修，回复到设计的巷道断面。2）将需要进行锚注加固的巷道进行喷浆处理，以防止大量跑浆。3）对巷道顶帮进行水泥浅部注浆（矿方完成）。4）对巷道顶帮进行预应力锚索注浆加固（12m锚索和德克因高压注浆）。5）对巷道底板实施15m深注浆组合锚索（车房同成施工、其他巷道矿方施工）。6）底板锚索施工完毕后混凝土硬化地面（矿方完成）。4.1整修施工设计首先对变形较严重的巷道按矿方的整修设计挑顶、扩帮和卧底。4.2注浆材料对整修过的巷道浅部注浆选用水泥水玻璃浆。对围岩深部注浆使用河北同成公司研制的高分子化学浆德克因进行锚固 ,其具有较好的渗透性、较高的粘

13、合力和较强的机械性能，与地层有较强的亲和力，固结体的刚度性能承受一定的地层变形。材料注入地层以后，低粘度混合物保持几秒钟，渗透进细小的裂缝，将受注体更好地胶结为一个整体，对巷道围岩起到有效的固结作用。其广泛应用于煤岩体加固工程，该材料的主要参数见表1所示。 表1 德克因主要技术指标基本组分A料B料密度（25°C）/g/cm31.251.45粘度（25°C）/mpa.s220250包装（塑料桶）/kg2327混合比1：1保存期（25°C）6个月开始反应时间（s）4590膨胀倍数1抗压强度（Mpa）47粘结强度（Mpa）5.04.3注浆设备化学注浆采用ZBQ5/12型

14、气动高压双液化学注浆泵，如图1。与注浆设备配套的进风管路为19mm高压风管若干米，出浆管规格为10mm，长度10m、5m、2m各若干根。气动高压双液化学注浆泵主要性能参数见表2。表2 注浆泵技术参数一览表序号技术参数ZBQ5/12ZBQ15/51压力比65 : 132 : 12最大排浆量20L/min50L/min3供气压力0.150.63Mpa0.150.63Mpa4耗气量1.5m3/min4m3/min5重量70 kg120 kg6外型尺寸（mm）880*530*7501100*650*11004.4注浆动力系统通过高压管路向注浆加固地点供风，接头规格为19mm高压管。从水管上接出10mm

15、供水管，并接好阀门。供风风量不低于3m3/min，供风压力不低于0.5Mpa。1.压缩空气进口 2.进气阀 3.进气调节阀门 4.马达换向阀 5.气动马达 6.油雾器 7.出浆管8.出浆压力表 9.吸浆口A 10.吸浆口B 11.柱塞泵图1 ZBQ-5/12型注浆泵结构图4.5注浆参数设计顶帮锚索孔布置.1配电室、绳道锚索孔布置配电室、绳道顶帮锚索孔的排距为2m，每排5根，预应力锚索孔长12m；车房和配电室共布置33排，165根预应力锚索，预应力锚索布置如图2所示。锚索规格：外形尺寸17.8×12.5m ，材料为7股扭合式高强度低松弛钢绞线。每根锚索配用2支 Z2360 型中速树脂药

16、卷。配用托盘规格为300×300×16 mm 。.2车房内锚索孔布置车房顶帮锚索孔的排距为2m，锚索间距也是2m，每排11根，预应力锚索孔深12m；共布置7排，77根预应力锚索，预应力锚索布置如图2所示。锚索规格：外形尺寸17.8×12.5m ，材料为7股扭合式高强度低松弛钢绞线。每根锚索配用2支 Z2360 型中速树脂药卷。沿绳道中心线方向，每两个锚索用一根槽钢梁，最外一排用托盘，配用托盘规格为300×300×16 mm 。见下图3。 .3交岔点处锚索孔布置自交岔点牛鼻子开始到主、副暗联络巷边沿，共22m长，顶帮锚索孔的排距为2m，锚索间距1

17、.52.0m，自牛鼻子开始，第一排到第四排每排9根，第五排到第八排每排7根，第九排到第十三排每排5根，预应力锚索孔深12m；共布置13排，89根预应力锚索，预应力锚索布置展开如图4所示。锚索规格：外形尺寸17.8×12.5m ，材料为7股扭合式高强度低松弛钢绞线。每根锚索配用2支 Z2360 型中速树脂药卷。配用托盘规格为300×300×16 mm 。4.5.2注浆量预计浆液的渗透半径与岩石性质、破坏状态、注浆压力、浆液性质及粘度等因素有关，它的变化范围很大。式中：为水的容重，g为重力加速度，s为浆液剪切强度， h为注浆压力，a为岩层的间隙等值半径，为时间系数。实

18、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孔间距的0.650.75倍，保证注浆孔的渗透范围有一定的交叉。预计顶、帮预应力锚索每孔注德克因材料100Kg，需要德克因33。4.5.3 注浆压力注浆压力是浆液在围岩中扩散的动力，它直接影响注浆质量与效果。同时又受地层条件、注浆方式及注浆材料等因素的影响和制约。针对巷道岩性及支护状况，确定注浆压力。根据巷道围岩的承受能力，设计化学注浆终压6MPa，底板锚索注浆压力68MPa。5底板锚索设计方案软岩困难复杂条件下巷道的支护重点就是巷道的底板，底臌是巷道破坏的主要形式。针对松软破碎复杂困难的围岩条件下底臌难以控制的问题，提出全长预应

19、力底板锚索与注浆综合支护技术，取代过去使用的金属底梁和砼反拱治理底臌的传统方法，真正实现了底板锚索对底板岩层的主动支护。全长预应力锚索其实质就是将预应力锚索支护与注浆加固结合在一起的一种支护方法，与过去传统使用的小孔径锚索有很大不同。传统使用的锚索是先注浆后再进行张拉，锚索的预紧力主要集中在孔口较短范围内锚索上，其深部较大范围内的锚索则没有形成预应力，不能在锚索全长范围内形成预应力，锚索深部的锚固力是在相应深部岩层变形后才产生的，变形量越大，锚索的受力也越大，但锚索锚固力的产生是建立在以岩层变形为代价的基础上的，这不属于主动支护，因而也不能充分发挥锚索的整体效果。全长预应力注浆锚索其具体施工工

20、艺是采用注浆的方法首先将预应力锚索一端固定在巷道底板深部稳定围岩中，然后进行初次张拉，给锚索另一端施加一定的主动作用力，使锚索具有一定的预应力。在此基础上再进行锚索孔全长范围内的高压注浆，待浆液凝固后，再对锚索最后进行张拉，并张拉至设计锚固力值，保证锚索在全长范围内具有较高的预应力，真正实现了锚索对破碎岩层的主动支护，岩体压力荷载便通过锚索被传递到深部稳定的岩体，深部稳定的岩层自稳潜能得到充分发挥，从而可以有效控制巷道变形。5.1车房内底板锚索参数锚索规格：组合锚索由三根17.8×12.5m高强度低松弛钢绞线组成。配用废旧矿用工字钢焊做底梁，和规格为400×400×

21、;16 mm的托盘 。底板锚索布置：车房底板尺寸为12×12m，距墙壁300mm开始布置底板锚索，每排布置7根锚索，锚索间距为1.9m，每两根锚索上一根底梁，共布置49组底板锚索，底梁24道，最后一个用托盘。见附图5所示。孔径；采用80mm钻头钻孔，孔深12.0m。5.2底板锚索施工预应力注浆锚索施工工艺包括注浆施工与锚索施工两部分。注浆施工包括注浆设备与注浆工艺，而锚索施工包括巷道底板锚索孔施工专用钻机与底板锚索施工工艺两部分。锚索孔施工底板锚索孔施工采用DZQ-100型底板锚索钻机，该新型锚索钻机具有动力单一，结构简单、使用方便、辅助时间短，重量轻等特点。DZQ-100型底板锚索

22、钻机主要技术参数如表3所示，其结构如图4所示。选好孔位固定好钻机，连接好风水管路，依设计要求施工锚索孔，钻机选用风动底板锚索专用钻机，配用80mm冲击钻头，直接打到设计深度，如发现塌孔或不成孔，下1根4分注浆管，进行预注浆，然后再打直至成孔。型号钻孔直径（mm）钻孔深度(m)供气压力(MPa)耗气量(m3/min)质量(kg)外型尺寸(mm)DZQ-10090100400.50.7124032300*470*470表3 DZQ-100型钻机主要技术参数图4 DZQ-100型底板锚索钻机结构图1-滑道 2-回转机构 3-推进气缸 4-挡泥板 5-冲击器 6-底座 7-支杆 8-操作机构锚索安装将

23、已经解开顺直的装有导向帽的锚索推送入孔直至孔底，然后灌入42.5普通硅酸盐水泥配制的水泥浆（浆液水灰比0.6：1左右）30升。用水泥编织袋堵塞锚索孔口，以防掉入杂物。之后在锚索孔四周挖坑，规格为500*500*200mm（长*宽*深），坑底开凿注浆管引出导槽，规格为250*50*50mm。取出塞孔水泥编织袋，用棉丝或水泥袋缠绕在锚索上，用钻杆将其顶至距孔口1.5m 处，深部注浆管进入孔内23m；将深部注浆管和封孔注浆管引到孔外。7天后铺设工字钢梁，安装托盘，进行张拉，要求单根拉力120KN。通过预埋的封孔注浆管对封孔段进行封孔。通过预埋的深部注浆管对锚索孔的6m深处进行注浆，注浆压力68MPa

24、。深孔高压注浆： 采用风动注浆泵，按设计水泥浆比例进行注浆，注浆时要严密注意底鼓及跑露浆情况，发现问题要及时处理。锚索张拉：安装托盘索具，将三根锚索逐根进行涨拉，指示表显示压力达到30Mpa(120KN) 时停止张拉，卸下千斤顶，换用液压剪切断多余的钢绞线。6 注浆施工工艺6.1 前期准备工作(1) 首先按设计要求将施工所用的底板锚索钻机、凿岩机、锚杆钻机、注浆泵、搅拌机运到现场。 (2) 将压风（施工时风压不低于0.5 MPa，风量不低于 30 m3/min）、清水（压力不低于0.3MPa，有效流量不低于50m3/h）接至施工作业现场。6.2 钻孔施工(1) 施工机具：顶帮注浆孔施工采用风动

25、锚杆钻机或风锤； (2) 施工质量要求：施工时倾角、间排距、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300mm。遇有特殊情况可由现场技术人员指导作适当调整。(3)底板锚索施工采用DZQ-100型底板锚索钻机。6.3 注浆施工 (1) 注浆系统 注浆系统分为两部分，一部分为化学注浆系统，另一部分为水泥注浆系统。水泥注浆系统采用双液注浆系统，主要设备有注浆泵、系统搅浆机、储浆池、吸浆桶等。 (2) 水泥注浆主要工序制输浆：采用机械制浆，水灰比为0.60.8：1，水玻璃浓度由40Be稀释成2030 Be,水玻璃用量一般为水泥浆用量的320%。注浆泵排浆端采用16

26、 mm 或19 mm 高压胶管输送。压注：采用双液注浆。根据压注设备的初始排量，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，各孔浆液的浓度控制原则均为先稀后浓。一般情况下，注浆压力升至6MPa并维持5分钟即可结束注浆。个别情况下可适当提高终压，但最高不得超过8 MPa。系统清洗：每次注浆完毕后应立即将两路吸浆管放入清水桶内改吸清水，对泵腔和管路进行清洗，清洗时间一般不少于10 分钟。注浆系统保养：制浆机、注浆泵等主要设备应每班维修并加油，每压注水泥50吨进行一次大修，更换柱塞、胶圈、钢球、阀座等零部件。（3）施工工艺流程施工

27、工艺： 标孔钻孔 检查钻孔质量安装注浆管及封孔部件封孔准备浆液开泵注浆凝固检查注浆质量验收。注浆工艺流程示意图如下图5所示: 设备材料下井施工现场准备注浆设备、系统准备打眼机具检查运转注浆设备、系统检查运转注浆系统与孔口管连接注浆换孔注浆清洗注浆系统设备归整、清理现场系统连接试水打眼并安装孔口管 图5 注浆工艺流程图7劳动组织及工序安排采用“三-八”作业制。化学注浆施工每班4人，水泥注浆班每班5人，钻孔施工每班6人。项目经理1人，技术主管1人，技术人员2人。8注浆施工安全技术措施为保证注浆加固施工质量和施工安全特制定本措施。任何参与注浆施工人员必须熟知本措施并保证在实际工作中严格遵守。1）打钻

28、、注浆人员在施工期间必须佩戴防护眼镜、橡胶手套等防护用品。作业场所必须备有一定量的清洁用水。2）封孔时不能正面面对，必须在注浆管内脉冲压力释放后再开启注浆阀门。 3）与打钻、注浆无关人员及注浆前方观察人员，必须在注浆加固区域6米以外，远距离观察，并佩戴好相应防护用品，随时与司泵人员取得联系。 4）司泵人员密切注意泵的压力和吸浆量的变化，随时与前方观察人员联系。 5）配浆人员应保持浆液不吸空，随时观察泵的吸浆情况，保持配比适中。 6）注浆完毕后，应立即用清水清洗管路，清洗完毕后应将泵、管路等归整码放整齐。7）进行打眼、埋管、封孔、连管等作业时，应预先检查周围安全状况，尤其检查工作地点顶板维护情况

29、，不可违章作业。8）注浆时连接管路的扁销必须使用正规的扁销。9）施工前，施工地点要敲帮问顶，排除顶、帮浮矸危岩后再打眼、注浆施工。10）一旦发现有煤壁松动、跑（漏）浆、注浆压力突然骤降等异常情况，应立即停止注浆，查明原因，采取措施后才准恢复注浆施工。11）任何参与注浆人员必须熟知要加固地点相关的作业规程及操作规程要求，熟悉避灾路线并保证在实际工作中严格遵守。9井下主要观测参数与仪器井下支护质量观测主要参数包括：围岩表面位移、围岩深部位移、锚索锚固力等。锚索锚固力采用锚索测力计、巷道表面位移观测采用断面收敛仪、巷道围岩深部位移采用顶板测深仪和六点位移计进行观测。10 工程量及施工工期工程量按100m计算。考虑到现场运输影响、巷道断面大、整修及注浆工序多等因素，按每天3班作业计算，预计工期：顶帮注浆加固60天，底板组合锚索30天，合计90天。考虑部分时段平行作业，预计总工期70天。11主要材料及设备