深區(qū)破碎帶圍巖加固技術(shù)的探索

宗智強(qiáng)

[摘 ?要]煤礦隨著井巷掘進(jìn)的不斷延伸，加之地質(zhì)構(gòu)造的復(fù)雜，部分巷道揭露構(gòu)造帶，應(yīng)力集中區(qū)域巷道變形破壞嚴(yán)重，采用傳統(tǒng)的支護(hù)方式已不能滿足支護(hù)的要求。針對(duì)此問題，實(shí)施符合某礦該類巷道修復(fù)的U36型棚注漿支護(hù)技術(shù)。本文從U36型棚注漿加固原理、修復(fù)巷道的支護(hù)設(shè)計(jì)、施工工藝和施工方法等方面進(jìn)行論述分析，為某礦類似巷道的修復(fù)提供了可供參考的支護(hù)加固模式，取得了預(yù)想效果。

[關(guān)鍵詞]破碎帶 注漿支護(hù)技術(shù) 巷道修復(fù) 效果分析

中圖分類號(hào)：TG65 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1009-914X（2016）24-0320-01

1 礦井基本概況

某礦為斜井多水平開拓方式，設(shè)計(jì)的井田范圍東以F15斷層為界，西以F1斷層為界，走向長(zhǎng)約6.5km;北（深部）止于煤層±0m標(biāo)高，南（淺部）止于煤層露頭或地方、鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦開采區(qū)邊界線，傾向?qū)捈s2.5～3.5km，由于開采深度的加大、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，巷道變形維修的工作量越來越大，找到一套合適的巷道修復(fù)加固技術(shù)對(duì)礦井的安全高效生產(chǎn)至關(guān)重要。

2 ?破碎巷道分析實(shí)驗(yàn)

（1）試驗(yàn)巷道概況

-300南北大巷、等候室、避難硐室位于該礦-300水平;該巷道布置在砂質(zhì)灰?guī)r中，原采用U鋼支護(hù)。由于該巷道一段過采空區(qū)，巷道周邊巖石較為破碎，頂?shù)装鍋韷?，巖層間空隙，裂隙較大。經(jīng)礦技術(shù)部門設(shè)計(jì)，打算采用擴(kuò)整外套U36型棚并進(jìn)行注漿加固來修復(fù)此段巷道。

（2）巷道支護(hù)設(shè)計(jì)

由于深部高應(yīng)力巷道要經(jīng)歷由靜態(tài)到應(yīng)力狀態(tài)的多次變化，圍巖的應(yīng)力、變形、位移也隨著變化發(fā)生多次相應(yīng)變化，從平穩(wěn)到不平穩(wěn)，最后又趨與平穩(wěn)，而且變化劇烈，時(shí)間短暫，導(dǎo)致巷道圍巖壓力顯現(xiàn)很大，巷道變形嚴(yán)重，維護(hù)困難。在受到應(yīng)力可能超過巖石強(qiáng)度時(shí)通過注漿對(duì)區(qū)域巖層進(jìn)行加固，提高巖層其自身的承載能力和自承能力，避免破壞力向深部巖體轉(zhuǎn)移，形成新的破壞區(qū)。通過聯(lián)合支護(hù)體共同承載由應(yīng)力集中造成巷道的破壞外力，達(dá)到最佳的支護(hù)效果。

（3）巷道斷面形狀及尺寸

巷道斷面為圓弧拱，巷寬4200mm、巷高3300 mm，墻高1500mm，采用U36型棚支護(hù)，棚距600 mm。

（4）U36型棚支護(hù)原理

采用U36形鋼加工而成，每架棚子由3個(gè)基本構(gòu)件組成，1根曲率半徑為尺的弧形棚梁和2根棚腿，弧形棚的兩端和棚腿部分進(jìn)行搭接，組成1個(gè)半圓拱，搭接處采用2個(gè)卡纜進(jìn)行固定，卡纜螺帽的扭緊力矩不得小于250NM。在受到巷道圍巖外力作用時(shí)，棚梁曲率半徑R逐漸增大，當(dāng)它和棚腿的曲率半徑r相等，并且沿搭接處作用的軸向力等于卡纜箍緊所產(chǎn)生的摩擦力時(shí)，弧形棚梁即沿著棚腿彎曲部分產(chǎn)生微小的相對(duì)滑移，使支架下壓，這時(shí)圍巖應(yīng)力得到暫時(shí)卸荷，支架構(gòu)件在彈性力作用下，又恢復(fù)到原來R<r的狀態(tài)，直到圍巖壓力繼續(xù)增加至一定值時(shí)，再次產(chǎn)生下壓現(xiàn)象，直至達(dá)到最大下壓量，此時(shí)支架變成剛性支架在支撐圍巖。

（5）U36型棚架設(shè)注意事項(xiàng)

U36型棚必須架設(shè)在實(shí)底上，柱窩深度不得小于200 mm，棚子架設(shè)嚴(yán)禁前傾后仰，支架間拉桿要齊全，螺帽力矩要復(fù)合要求（≮250 NM）。

（6）注漿加固原理

注漿加固是在錨桿支護(hù)作用原理的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，除具有懸吊作用，組合梁作用外，更關(guān)鍵的是有充填粘結(jié)、密封等作用。利用錨管注漿，漿液在注漿泵壓力作用下被壓入松軟的巖體，將原來的軟散巖體膠結(jié)成整體，從而提高了巖體的剛度和全承載能力。

（7）注漿材料及參數(shù)

注漿管采用φ40mm的鋼管制作，桿體上鉆有φ8mm的注漿孔。注漿材料采用普通硅酸鹽水泥與粉抹灰，水泥編號(hào)為325 ，比例為1：1（重量比），注漿壓力頂板及底角最大注漿壓力2.0 MPa，兩幫最大注漿壓力為1.5 MPa。為防止注漿時(shí)跑漿，對(duì)巷道進(jìn)行噴射混凝土封閉，噴厚5O mm，噴漿配合比如下：

水 泥：石粉 1：4.5（重量比）

速凝劑：水泥 4%～5%（重量比）

水灰比：0.45～0.50（重量比）

（8）注漿管布置參數(shù)

注漿管規(guī)格為φ40mm、L=3100 mm，注漿管全斷面布置，間距為1000mm，頂板及兩幫注漿管間排距為1000mm×1500mm，底角注漿、注漿管下扎45°～60°，間排距1500mm×1500mm。

（9）施工工藝及施工方法

對(duì)修復(fù)巷道進(jìn)行超前加固→敲幫問頂→超前臨時(shí)支護(hù)→刷幫、挑頂→利用前探梁預(yù)放棚梁→在護(hù)幫板的掩護(hù)下挖腿窩、栽棚腿→上卡纜→腰幫過頂→上緊卡纜至設(shè)計(jì)要求→噴漿封閉→打注漿錨桿→注漿。

（10）注漿工藝

1.采用YT-28風(fēng)錘，φ40mm鉆頭進(jìn)行鉆眼，眼深3000mm。打完眼后要掃凈眼內(nèi)的巖煤渣，然后插入注漿管，讓注漿管的螺紋部分全部露出噴層50mm左右。

2.設(shè)備連接。按要求把注漿設(shè)備、管路連接好，并檢查注漿泵各部件和管路是否連接牢固可靠。確認(rèn)注漿系統(tǒng)連接安全可靠后，方可開始工作。

3.制作漿液。按照配比配制漿液，先按比例將清水加入攪拌桶內(nèi)，再按比例加入水泥、粉抹灰，水泥、粉抹灰要粗篩去除雜質(zhì)，然后放人攪拌桶內(nèi)攪拌，攪拌時(shí)間不得少于5 min。

4.注漿。先小開試運(yùn)行，再逐步開大。注漿過程中要注意觀察壓力表，當(dāng)達(dá)到注漿壓力時(shí)先關(guān)閉注漿泵，再關(guān)閉注漿管頭處的截至閥。注漿管注漿后，待60 min以上讓所注漿液初凝，方可卸下截至閥，并用快速水泥把孔封嚴(yán)封實(shí)。對(duì)于每一排注漿管先從下部第一根注漿再依次向上進(jìn)行，最后注上部一根，對(duì)于不同排的注漿管，第一天注奇數(shù)排，第二天注偶數(shù)排。

5.注漿泵及管路的清洗。每班注漿完畢，必須用清水將注漿管路、注漿泵、攪拌桶等清洗干凈，以防漿液凝固堵塞管路。

3 ?支護(hù)效果監(jiān)測(cè)

對(duì)試驗(yàn)巷道每隔2O m取一芯樣，共取6個(gè)芯樣，經(jīng)檢測(cè)其抗壓強(qiáng)度在15～20 MPa之間，而且?guī)r芯成一整體，水泥漿液滲透在原松散的巖體之間，使之凝固成一個(gè)整體。其強(qiáng)度達(dá)到了錨噴巷道噴層的強(qiáng)度，說明注漿已達(dá)到了預(yù)期效果。對(duì)該試驗(yàn)巷道采用“十”字布點(diǎn)法觀測(cè)頂?shù)装寮皟蓭偷囊平?，共布?個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)間距30 m，巷道變形量見表1。通過2個(gè)多月時(shí)間的觀測(cè)分析，巷道頂?shù)装逡平吭?0 mm以內(nèi)，兩幫移近量也控制在40mm以內(nèi)，巷道變形基本穩(wěn)定。

4 ?結(jié)語

通過幾個(gè)月的觀測(cè)數(shù)據(jù)分析，采取U36型棚注漿加固修復(fù)段的巷道沒有大的變形，頂板支護(hù)良好，巷道沒有明顯的底鼓現(xiàn)象，斷面形狀保持穩(wěn)定，能夠充分滿足進(jìn)風(fēng)、行人、進(jìn)料的要求。該加固形式對(duì)于過地質(zhì)構(gòu)造帶，應(yīng)力集中區(qū)及圍巖破壞嚴(yán)重的巷道的修復(fù)具有非常明顯的效果，解決了-300水平過裂隙帶、采空區(qū)修復(fù)加固工作，避免了對(duì)此類巷道反復(fù)修復(fù)的問題，減少了巨大的修復(fù)工程量和材料浪費(fèi)，節(jié)約了成本，提高了安全系數(shù)，穩(wěn)定了礦井的產(chǎn)量，更為主要的是為該礦在以后的巷道修復(fù)工作提供了可靠的支護(hù)加固模式。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張海祥，鄭乃國，劉文泉.錨噴網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)在斷層破碎帶中的應(yīng)用[J]. 煤炭科學(xué)技術(shù)，2004，07：29-31.

[2] 張農(nóng)，王保貴，鄭西貴，朱先龍.千米深井軟巖巷道二次支護(hù)中的注漿加固效果分析[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2010，05：34-38+46.

[3] 萬鎮(zhèn)，吳十良等一仁作面跨采巷道錨注支護(hù)技術(shù)研究[J].山東煤炭科技，2009（1）：117～118

[4] 孔一凡，姬陽瑞.動(dòng)壓巷道錨注加固技術(shù)應(yīng)用研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2006，34（8）：32-35

[5] 程勝利.錨桿錨索聯(lián)合支護(hù)在軟巖巷道中的應(yīng)用[J].中國科技博覽，2012，（21）：290～290.

[6] 肖鋒，漆泰岳，楊雄等.U型鋼可縮性支架聯(lián)合支護(hù)的相似模型試驗(yàn)研究[J].中國交通土建工程學(xué)術(shù)論文集（2006）923～926.