8C深部注浆与浅部注浆在软岩巷道掘进的应用

深部注浆与浅部注浆在软岩巷道掘进的应用苏宝锐1 ，侯方同2（中煤第五建设公司第三十一工程处 河北 邯郸 056003）摘要：济矿集团阳城煤矿地面标高+38.9+39.7m，我单位施工的-650m回风大巷掘进工作面所处地段岩层整体赋存形态为走向北东,倾向南东的单斜构造。岩层倾角20°30°，平均25°。掘进工作面横穿三DF54、三DF52正断层，地质构造较复杂，预计邻近小断层发育，无岩溶陷落柱、岩浆侵入、古河流冲刷等其它特殊地质现象。巷道大多位于泥岩中，岩层软弱，遇水膨胀，巷道支护难度较大。原岩石开拓巷道采用锚网索梁棚喷支护，矿压显现强烈，巷道掘进穿越软弱复杂岩层，施工过程中巷道变形较严重，先后多次发生巷道局部垮落，原支护不能满足松散围岩巷道的支护要求。根据实验分析采用巷道采用锚网索喷注联合支护作为永久支护，能有效的解决围岩松散条件下巷道易变形，支护效果差等难题，避免了锚喷架棚巷道单一支护变形后的修复费用等间接损失，进一步保证了安全生产，取得了良好的社会效益和经济效益。关键词：松散软岩巷道；深、浅部注浆；复合支护1、矿井地质条件1.1岩性对巷道稳定性影响井下巷道多处于粉砂岩、砂岩、页岩、泥岩层中，围岩层理、节理、裂隙较发育，页岩多为炭质胶结和泥质胶结，结构不完整，遇水后易冒落。如岩石矿物成分中含有不同量的蒙脱石、伊利石等膨胀性矿物，极易产生底臌。围岩的坚固性系数离散性大，这类围岩在埋深不超过400m时按常规支护方式既可，埋深达700m，已超过常规支护极限点。因此巷道稳定性较差。1.2深度对巷道稳定性影响按照地压理论，深度的增加仍然会使巷道压力增加，对于全掩蔽式煤田，原表土层矿井深井压力上升尤其明显。1.3原岩应力对巷道稳定性影响根据附近矿井地应力测试，埋深在700m以下垂直地应力多在1830MPa，水平应力一般在1024MPa；预计该矿地应力一般会在1620MPa左右。1.4回风大巷迎头围岩破坏钻孔探测结果在-650南翼回风大巷掘进迎头位置进行了巷道顶板、巷道起拱处、巷道帮的多个钻孔的初步探测（探测深度10m），探测结果表明，巷道顶板、拱、帮完整性一般。1.5断层对巷道稳定性影响由于破碎带较多，原始地层遭到破坏，特别是大断层附件出现许多落差小于5m的派生断层，使围岩更加破碎，同时也增加了地应力。另外断层会将含水层中的水导入巷道，对巷道稳定造成更大影响。在如此多的影响因素作用下，若按常规方法进行巷道支护，势必造成巷道在高地应力作用下的变形破坏，结合临近矿井的施工经验，在矿井施工过程中，实行新技术非常必要。这样既可保证矿井施工过程的安全，又可节省大量不必要的修复资金。2 、锚网索喷注联合支护作为永久支护在松散软岩中的运用2.1 根据钻孔探测选用锚网索喷注联合支护作为永久支护在围岩松散条件下，锚喷支护方式效果较差；在围岩松散特性不改变的情况下。针对松散围岩条件下，锚喷架棚支护存在大变形、垮落的缺点，我们根据钻孔探测结果选用锚网索喷注联合支护新的支护方式来解决松软岩石、破碎带多的巷道施工。2.2 方案选择2.2.1巷道顶板、两帮支护（1）顶部和帮部锚杆均采用22×2500mm高强预应力左旋无纵筋螺纹锚杆，锚杆间排距为700mm×700mm，锚杆施工前挂网。锚网支护后及时完成初喷，初喷厚度30mm。（2）锚网喷支护后施工注浆管，注浆管规格为26×2500mm，间排距为1800×1800mm，全断面布置（顶、帮），正顶一棵，向左右每偏1800mm各一棵。（3）锚索采用22×8000mm锚索（注浆锚索），巷道顶板正中一棵，以此为基准向左右每偏1400mm布置一棵，锚索施工紧跟掘进面进行。（4）锚索施工完成后进行二次喷浆，喷层厚度50mm。（5）滞后工作面掘进15-18天，进行巷道围岩全断面深部注浆（注浆锚索）与围岩浅部注浆（注浆管），注浆浆液为Po42.5级普通硅酸盐水泥配制成的单液浆，水灰比为1:2、注浆锚索注浆终压78MPa，注浆管注浆终压34 MPa。3.2.2巷道底板加固方案（1）对巷道底板水平面以下800mm的岩体超挖；（2）超挖后对底板锚杆加固，锚杆采用22×2500mm高强预应力左旋无纵筋螺纹锚杆，正中布置一根，间排距900mm×900mm，每排布置5根底板锚杆，（3） 增设两根底板注浆锚索（在巷道左右两底脚与巷道底板呈45º），锚索直径22mm，长度6000mm，排距1.4 m；（4）在巷道底板布置底板注浆管，注浆管规格为26×2500mm，间排距为1800×1800mm；（5）锚杆、注浆管、锚索施工完成后喷浆，喷层厚度30mm。（6）滞后15天对超挖巷道底板进行锚管注浆与锚索注浆，锚管端部车丝，注浆完毕用专用托盘上紧；注浆材料选用P.O.42.5硅铝酸盐水泥单液泥浆，水灰比为1:2；注浆锚索注浆终压78MPa，注浆管注浆终压34 MPa。（7）最后用C40混凝土对超挖底板进行回填。巷道顶板、两帮、底板加固支护如图1、2、3所示，具体如下：图1 巷道断面（含底板超挖）支护图图2 巷道顶拱支护俯视图图3 巷道全断面注浆管布置图3、施工工艺3. 1锚注锚索的技术特点锚注锚索采用螺旋肋预应力钢丝加工的内有注浆管的锚具索紧固锚索。采用螺旋肋预应力钢丝突出的优点就是其锚固强度、载荷传递特性和锚固延性较之用钢绞线截割成的锚索有大幅度的提高。采用高强度螺旋肋预应力钢丝制造锚索的锚固强度比相同直径的用钢绞线截割成的锚索提高15%以上，而锚固延性可提高25%以上，该锚索有以下特点：（1）锚索索体为新型中空结构，自带注浆芯管，采用反向注浆方式，不仅消除了产生空洞的可能，保证锚固浆液充满钻孔，而且省去了排气管和注浆管专用接头（直接利用螺纹锁紧机构作为注浆管接头），也无须在现场绑匝注浆管、排气管以及封堵注浆孔，使施工工艺大为简化；（2）索体上部为搅拌树脂药卷端锚，下端采用螺纹锁紧，安装后能立即承载，施加预应力，而对于自稳能力差的顶板岩层又是非常有利和必要的；此外，锚索安装后能够与锚杆同步承载，形成整体支护作用，对保证支护效果非常有利；（3）注浆可以安排在迎头后方一定距离将一定范围的锚索一次注完；（4）索体采用创新型的结构设计，在保证注浆通径的前提下，索体直径达到最小化，所需安装孔径小，实现了小孔径、大吨位，索体结构本身满足高压注浆的要求，可以实现锚注结合；（5）锚索采用与现有锚索一样的锁紧机构，安装预紧与现有锚索一样。附：图4注浆锚索图图4 注浆锚索图3.2 锚注锚索施工工艺3.2.1钻注浆锚索孔（1）使用单体顶板锚杆钻机或者支腿式帮锚杆钻机按设计位置钻锚索孔。（2）钻顶板岩石孔应采用32金刚石钻头、钻两帮锚索孔应采用32合金钻头。钻孔按打树脂锚索孔施工技术要求进行，钻孔深度小于注浆锚索长度25cm。（3）钻孔时应注意，帮或顶较破碎的地方，要将碎体放下来，清理出打孔位置，同时也便于封孔和控制打孔深度。3.2.2安装注浆锚索及封孔（1）用锚注锚索把树脂锚固剂推入钻底，然后边推进边搅拌，搅拌时间不少于10秒。安装时应缓慢推进锚索，避免锚固剂安装不到位，出现“穿糖葫芦”现象。如果锚索人工安装不进去，应及时从钻孔中抽出锚索，检查原因，是否出现塌孔现象。（2）锚索托板前，应检查孔口是否完整，然后安装止浆塞到孔口，当孔口破碎成喇叭口形状时应适当地缠绕棉纱。（3）检查封孔质量，如果止浆塞周围存在空隙，用棉纱塞紧，根据封孔位置距巷道表面的距离选用合适长度的40×5的钢管，用锚索托盘压住，然后依次将托盘、球形垫圈、索具安装到位。（4）安装张拉千斤顶进行张拉，张拉力不低于100kN。（5）最后检查锚索托盘是否紧贴岩面。但安装时避免出现因张拉使锚索折弯现象，使注浆产生大的阻力3.2.3设备安装（1）注浆设备到最远处注浆锚索的位置应在10m以内。（2）将注浆泵和搅拌器装配起来，连接风、水管路和注浆器。用清水将搅拌桶冲洗干净，严禁桶内有杂物、水泥硬块等。（3）油壶内加满油，向搅拌桶内加入少量水，并慢慢开风，对搅拌器和注浆泵进行试运转。（4）在确保搅拌器和注浆泵正常运行，注浆泵注出的水有足够的压力，且各种管路和开关连接无误的情况下，可以进行搅拌注浆液。3.2.4配料（1）向搅拌桶内注入清水，根据一次注浆孔的数量确定水量，水灰比为1:2加入水泥，同时加水泥8%的ACZI注浆添加剂。（2）开动搅拌机，开始时速度较慢，向桶内加入42.5R水泥，边加入边搅拌。水泥须慢慢加入，并不断搅拌，避免大量水泥到入桶内，影响搅拌质量和效果。（3）若出现搅拌机搅不动的情况，此时可关闭搅拌机，把大的水泥块破碎，然后再开搅拌机。注意：搅拌机工作期间，不得将手伸入桶内，以免受伤。（4）按规定的水灰比配好浆液，搅拌均匀，使水泥水化后即可注浆。3.2.5注浆（1）注浆时机一般在掘进期间巷道活跃期以后进行注浆。（2）卸下锚索尾部的丝堵，连接注浆器到锚索尾部内螺纹上，慢慢扭紧注浆器，检查与注浆泵连接的注浆管是否畅通。（3）启动注浆泵进行注浆，开始速度要慢些，并边搅拌边注浆，注浆时搅拌速度可慢一些。（4）在注浆过程中，当听到注浆泵发出一种沉闷声音时，表明注浆泵压力已达到最大（7MPa），可关闭注浆泵，等待23分钟再注浆。（5）当锚索托盘周围出浆或锚索周围的裂隙、锚杆孔出浆时，表明已注满，停止注浆。（6）注浆过程中每个钻孔应一次性注满，若中途停滞时间超过2分钟，将会堵塞注浆管。（7）卸下注浆器，拧紧锚索尾部丝堵。连接下一锚索，重复以上过程。注浆时，锚索下方和两侧45º内严禁站人，以免出现意外3.2.6 清洗设备注浆结束后，应及时彻底地清洗设备是非常重要的。很多情况下出现的注浆问题和设备损坏都是因为设备清洗不好。（1）注浆结束后，用清水和钢丝刷将搅拌桶内清洗干净。（2）向桶内加入清水，开动注浆泵，将泵内残留浆液冲洗出来。（3）关闭风源，以免误操作使设备空载运行。（4） 注浆一段时间后，应将注浆泵吸浆管卸下，冲洗干净并抹上油，再重新装好，防止吸将管堵塞。4、 锚网索喷注联合支护效果分析总结采用锚网索喷注联合支护前巷道两帮及顶底板时间-位移量图如图5:采用锚网索喷注联合支护后巷道两帮及顶底板时间-位移量图如图6:阳城煤矿-650m水平回风大巷采用了此种支护形式。自应用了此种支护形式到目前为止，未发生大的巷道变形，效果比较理想。按宽×高=5.3×3.8m计算，将锚喷架棚巷道变形的修复费用、巷道变形造成的间接损失、安全效益考虑在内，每米巷道节约0.2万元，巷道总长度还剩2000m，共节约400万元，锚网索喷注联合支护是比较合理切实可行的支护手段。5、结论根据松散软岩、破碎带较多的巷道的变化规律，工程实践证明，锚网索喷注联合支护形式，尤其结合了深、浅部注浆相结合的注浆方式，有效控制了围岩的变形破坏，成功的解决了松散软岩、破碎带较多的巷道的支护难题，取得了良好的社会效益和经济效益，具有广阔的推广应用前景。作者介绍: 1.中煤五建三十一处阳城项目部 邯郸 056003 2005年毕业于河北远东职业技术学院 计算机专业 矿建技术员；2. 中煤五建三十一处阳城项目部 邯郸 056003 2005年毕业于河北工程学院 矿建专业 技术经理13