底板锚注加固方案

1、平庄煤业（集团）公司红庙煤矿二井六区轨道下山底板组合锚注锚索设计方案邢台宏利矿业技术有限公司二0一。年十月五日1概况1.1 红庙煤矿二井六区轨道下山地质概况平庄煤业（集团）公司红庙煤矿六区轨道下山施工于2007年，现在巷道已严重变形不能满足生产和运输的需要。巷道原支护方式为：六区轨道下山+235+185段为B=3.2m（半圆拱形）锚网索喷，全长180米；六区轨道下山+185+155段为B=3.2m（半圆拱形）锚网索喷，全长108米；六区轨道下山+155+135段为B=3.6m（直墙半圆形）锚网索喷，全长73米；六区轨道下山+135+118段为B=3.6m（直墙半圆形）复合支护，全长60米。六区

2、轨道下山+118+80段为B=3.6m（直墙半圆形）锚网索喷，全长139米。需锚注施工总长度560米。六区轨道下山位于六煤组底板，倾角16,岩性主要为细砂岩和泥岩，砂岩普遍为泥质胶结，砂岩和泥岩强度均较低，属于软岩系列，部分泥岩中的粘土矿物成分为蒙脱石、伊利石、高岭石的混合物，遇水膨胀、泥化，地应力明显，巷道底严重。为控制巷道底矿方委托邢台宏利矿业技术有限公司采用底板组合大锚索对底板进行锚注加固。1.2施工范围及巷道断面1.2.1底板锚注施工范围六区轨道下山+235+135段总长361米，+135+118段总长60米。+118+80段总长139米，总计560米。1.2.2巷道断面扩整后的巷道净

3、宽平均3.2米。2 加固方案的确定2.1六区轨道下山围岩破坏及底原因六区轨道下山所处岩层的岩性大多为砂岩及泥岩，层理和节理发育，受岩层纵横交错节理或裂隙的切割，岩层呈小块状结构，极为松软破碎，易脱落，遇水（包括岩层裂隙水、孔隙水以及生产工艺用水、管路跑冒滴漏水等）膨胀并发生泥化，地应力明显。下山开挖后，破坏了原岩的应力平衡状态，周围岩体由三向受力变为二向受力，再加上应力集中或受采动影响，围岩中进一步产生剪切裂缝，在应力的作用下，围岩向巷道空间收敛变形，形成较大范围的围岩松动圈。因泥岩的原始强度较低又受两帮压力的影响，造成底板向上鼓起，传统的整修形式已根本无法控制其变形，不能有效抵抗深部围岩传递

4、的压力，反而会引起巷道进一步严重变形并产生更大范围的围岩松动圈。2.2现代工程软岩”的概念及其合理支护技术现状现代工程软岩”的含义并非仅指那些软、弱、松、散等低强度的岩层，而是泛指在工程压力的作用下能产生显著塑性变形的一切工程岩体。有些具有较高强度的岩石，处在较低工程压力的作用下表现为硬岩的变形特征，而在较高工程压力的作用下则表现为软岩的变形特征。工程软岩的类型多种多样，止于目前，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。根据六区轨道下山底板岩性特征及其变形力学机制特点综合分析认为：任何形式的被动式支护体系，其支护

5、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围岩的自撑能力和承载能力，使其有效抵御深部围岩的巨大变形压力，才能有效控制此类软岩的变形。而锚注联合加固支护法则正是一种非常适于此机理的支护方法。2.3锚注联合加固技术一一本次工程加固方案的技术依据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方式。它综合了锚索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，具显著优点如下：与传统锚喷支护技术中喷碎层的作用原理

6、相比， 浆液的注入能够明显改变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。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。并通过浆液结石体“网络”将力传递到围岩之中，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。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

7、稳定性。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，保护着整个碉室（巷道）的自由空间。底板十几米深的高强组合锚注锚索与底板钢筋碎将底板流变软岩牢牢封闭起来并施加强大的作用力控制底的发生。3 总体方案经与矿方协商，该工程委托我公司施工200米。首先对底板浅部6米深松动圈进行浅部预注浆，然后对底板深部进行打锚索孔及深部注浆，安装组合锚索，对锚索孔进行底板深部高压水泥注浆，铺网、下底梁、铺第二层网、上大、小托盘涨拉锚索，进行底板浇碎，最后进行底板碎下水泥注浆。依据锚注联合加固支护原理，矿方应及时对顶帮实施锚杆、锚索、注浆加固，与底板组合锚注锚索形成有机的联合支护体

8、。工程施工方案设计注浆技术参数设计1）注浆材料选择注浆材料选用水泥浆材，即水泥一水玻璃双液浆。水泥采用42.5MPa普通硅酸盐水泥。水玻璃米用40Be,模数2.83.2。2）注浆参数设计根据矿方提供的有关岩层资料及扩修拉底情况，底板浅部已严重破坏，在钻孔作业时很难成孔，同时通过对其注浆，破碎岩石得以加固，自身强度提高,成孔容易，同时为深部注浆提供岩帽，为深部注浆创造了较好的条件。设计浅孔注浆压力为2MPa。由于深部岩层受扰动较小， 要获得较好的注浆效果， 必须有大的注浆压力,类比相似岩层条件，深孔注浆压力设计为5MPa。注浆扩散半径R=(Ygha2s+a)B式中：丫为水的容重，g为重力加速度，

9、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,B为时间系数。注浆扩散半径R=(1X9.8X5X1.2Z2X2.8+1.2)X0.13实际施工时通过调整浆液的胶凝速度、渗透性和注浆终压，保证实际有效扩散半径不小于1.5m。单孔吃浆量Q=ArR2LnB式中：A为损耗系数1.2,R为有效扩散半径1.5,L为注浆段长10,n为开口孔隙率0.02(因底板扩修后岩层孔隙率增大)，B为浆液充填系数0.8。平均单孔吃浆量Q=AtR2LnB=1.2a141.52X10X0.020.8=1.35m3因底板扩修后岩层孔隙率增大，每米巷道要加固的岩层所需水泥浆液约为1.62m3,换算成水泥重量为1.1t。每

10、米巷道浅孔注浆量0.6t,深孔注浆量0.5t。3)注浆材料配比水泥浆的水灰比应控制在11.2:l。水玻璃浓度一般应控制在30Be。水泥浆与水玻璃之比应控制在1:(0.10.15)。浅部预注浆钻孔布置参数巷道预注浆钻孔为排式布置，排距2.5m,每排二个孔，孔距帮0.7m,钻孔直径为小80mm,孔深6m,总计80排，160个注浆孔。最后的碎体下部注浆孔布置为全段每排一孔，排距3m,共计66个孔；钻孔参数同浅部预注浆钻孔。组合锚索布置参数设计根据支护体要抵抗底板地应力大小的要求，选取三根锚索组合。按矿方提供的巷道素描图及多次拉底使底板严重扰动 （根据经验， 底板破坏深度达6m以上），锚索端头锚固段不

11、小于4m,则确定底板组合锚索长度为12.5m。1）组合锚索布置根据工程类比法， 参照巷道规格、 底板岩性， 确定钻孔参数。 采用五花布置， 排距2.5m,每排二个孔，每两排中间一个孔，中间孔位于巷道中心线上，垂直底板，两侧孔距帮0.6m,外摆15。锚索钻孔孔径为480mm；中间孔与每排错距1.2m。深部注浆孔布置与此相同。200米巷道共计80排，240组。由于岩粉淤积，实际钻孔深度为12.513m。锚索布置平面图及剖面图见图1、图2c2）组合锚索结构设计采用水泥端头固结式组合大锚索，每根大锚索由3根小17.8mm钢绞线构成，头部配有导向帽和多极鼠笼，上部有组合托盘和三孔锁具。锚索结构示意见图3

12、底板锚索规格：锚索选用3根直径为17.8mm的钢绞线作为一束大锚索，头部3000mm段编制成申珠状，以利固结增强锚索拉力。锚索单根强度级别为1860MPa,破坏负荷350.0KN,则3根锚索其破坏荷载为1050.0KN。单根锚索锚固力不小于120KN。图2锚索布置剖面图4巷道表面收敛变形观测测站布置设计共布置3个测站，每个测站设3个观测面，每个测面设3个测点，采用十字布点法。第一个测站距第一排孔50米，第2、3测站距第1测站各50米、100米。测站布置要求测站布置工作，应由有经验的工人和技术人员共同进行，测点按要求布置，每个测点都要标记清晰，编号详细、准确。观测工具， 采用钢卷尺， 两帮测点距

13、底板高1.01.5m,底板测点位于巷道中心线上，各点布设在同一平面上。观测组织及现场数据采集观测人员不少于3人，2人测读1人记录。每个测站的测点布置完毕后，均应立即采集初读数。填写观测表格要字迹工整内容齐全，观测人姓名、观测日期及具体时间必须真实、准确。数据分析处理工作由技术人员进行，采用统计分析法处理观测数据，分别计算出最大值、最小值、平均值，以便找出变形规律。同时，将观测数据描绘成曲线图，以利分析变化规律。观测时间共需两个月，第一个月每周观测一次，第二个月每两周观测一次。5 锚注联合加固施工工艺设计前期准备工作首先按设计要求将施工机具以及施工中必备的道木、大木板等材料和工具运至施工现场。将

14、压风（压力不低于0.8MPa,风量不低于20m3/min）、水（压力不低于0.4MPa,有效流量不低于2m3/h）接至施工作业现场，每30m安装一个风、水接头。浅部注浆施工1）施工机具钻孔采用风动底板锚索钻机打眼，配用直径小80mm钻头；注浆采用ZBQ-15/5型气动高压双液注浆泵，与注浆设备配套的有风动制浆机、储浆池、吸浆池、过滤装置以及19mm高压进风管路20m,出浆管规格为19mm,长度10m、5m、2m各若干根，总计40m长。从水管上接出10mm供水管，并接好阀门。2）打孔施工按预注浆钻孔参数设计，施工浅部注浆钻孔，孔深为6m,孔径为小80mm,要求钻孔垂直度和圆度要好，成孔完整，然后

15、下4分x3m注浆管一根。3）浅部注浆施工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、搅浆机、储浆池、吸浆桶等。水泥注浆主要工序一一一一一一，、1.一制输浆：米用机械制浆，水玻璃浓度由40Be稀释成30Be,水玻璃用量一般为水泥浆用量的1015%。注浆泵排浆端采用（|）19mm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底板及两帮情况，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。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

16、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15吨进行一次大修，更换柱塞、胶圈、钢球、阀座等零部件。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。底板大锚索施工1）锚索钻孔施工选好孔位固定好钻机，按设计要求，用480mm钻头打到设计孔深；在成孔困难时，需对钻孔进行多次注浆，继续打孔到设计深度。2）锚索安装按以下工序进行：将三根锚索解开顺直，把树脂药卷搅拌均匀后和锚索顶端一起放进导向帽内，然后在端头每隔1米用1个支架和两个卡箍编制成鼠笼状。将编制的锚索组推送入孔直至孔底，然后灌入4

17、2.5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。取出塞孔水泥编织袋，下2根连接的4分X3m长注浆管，用棉丝或水泥袋缠绕在锚索上，用钻杆将其推至距孔口2.0m处，将深部注浆管引到孔外，用水泥水玻璃双液浆进行封孔。通过预埋的深部注浆管对锚索孔的310m深处进行注浆（注浆工艺见浅部注浆），注浆压力45MPa。注浆7天后，拉底至底板标高，首先铺设第一层钢筋网，然后下底梁，再铺第二层钢筋网，上大、小托盘、索具张拉至单根120KN。底板浇碎现场浇注混凝土，混凝土标号为C30;材料配比按矿设计进行，混凝土厚度不低于30cm。要求振捣密实。碎体下部注

18、浆间隔3m布置一个注浆孔，注浆压力不大于3MPa。6 工序安排邢台宏利矿业技术有限公司应预先将钻机、材料等准备完毕并运抵红庙矿。矿方负责将注浆设备、钻机、材料等安全运抵施工现场码放好。7、底板锚索施工及注浆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。任何参与注浆和打钻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、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）、在封孔时，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。4）、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5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。5）、司泵人员密切注意泵的压力和吸浆量的变化，并随时与前方观察人员联系。6）、配浆人员应保持浆液不吸空，随时观察泵的吸浆情况，保持浆液的配比适中。7）、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。8）、进行打眼、埋管、封孔、连管等作业时