圍巖綜合治理技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用

摘要：介紹了復(fù)合支護巷道鋼筋網(wǎng)、錨桿、預(yù)應(yīng)力錨索支護的布置方式支護參數(shù)及注漿施工工藝。

關(guān)鍵詞：樹脂錨固 鋼筋網(wǎng) 錨桿 預(yù)應(yīng)力錨索 注漿

1 109軌道大巷概況

109軌道大巷開窩于-400大巷按α：6°方位，3‰上坡施工至“S13”后；調(diào)向按α：55°方位，3‰上坡施工109軌道大巷里段。

2 掘進工藝

109軌道大巷采用鉆爆法掘進，有關(guān)掘進施工工藝、參數(shù)和工序銜接等按原作業(yè)規(guī)程進行。

3 支護方案總體設(shè)計

通過對童亭礦109軌道大巷的初步調(diào)查與分析，認為該巷道距離遠、服務(wù)年限長、地質(zhì)條件復(fù)雜，部分地段圍巖具有薄層狀、碎裂、松散、膨脹、強風(fēng)化蝕變和高地應(yīng)力作用等特征。以此為依據(jù)，設(shè)計該巷道的總體支護方案為：

3.1 為保證今后巷道底臌嚴重時清底工作的順利進行，在原設(shè)計斷面的基礎(chǔ)上，將巷道底板向下超挖200mm，鋪設(shè)石子、水泥道床、30kg鋼軌。

3.2 巷道開挖達到設(shè)計斷面要求后，立即進行全斷面錨-網(wǎng)基本支護。

3.3 加打頂板預(yù)應(yīng)力小直徑錨索。

3.4 對巷道圍巖進行初次噴射混凝土，噴厚20~30mm（預(yù)留錨索孔和注漿孔位置）。

3.5 滯后迎頭40m左右（或掘后30d左右）對巷道圍巖進行注漿加固。

3.6 滯后注漿20~30m（或注漿后20~25d），對巷道全斷面進行第二次噴射混凝土，頂、幫噴至設(shè)計厚度150mm。

4 施工技術(shù)與工藝

4.1 錨-梁-網(wǎng)基本支護

4.1.1 基本支護的作業(yè)順序：先拱頂，后兩幫。

4.1.2 錨桿參數(shù)：采用高強螺紋鋼錨桿。錨桿直徑Φ=22mm，錨桿長度L=2400mm；兩幫和頂板錨桿間排距800mm。

4.1.3 錨桿鉆孔機具選擇：采用風(fēng)動錨桿鉆機MQT-

120打頂板錨桿孔，YT-7665風(fēng)錘打幫錨桿孔。錨桿孔深為2.3~2.4m。

4.1.4 錨固形式：采用加長端頭錨固方式。

4.1.5 錨固劑及其長度：采用樹脂卷錨固劑。樹脂卷頂板用Z2460型、兩幫用Z2950型；經(jīng)計算：頂板錨桿錨固劑長度1.2m，兩幫錨桿錨固劑長度：1m。

4.1.6 鋼筋網(wǎng)和托盤：鋼筋網(wǎng)為8#鋼筋焊接的普通正方形金屬網(wǎng)，網(wǎng)格80×80mm，長2m、寬1m。托盤的承載能力應(yīng)與錨桿的力學(xué)性能相適應(yīng)，使用中間突出的Φ140×8mm中孔Φ24mm的圓形鋼托板。

4.1.7 錨桿施工工藝：每循環(huán)錨桿支護的施工工藝為，打頂板中間一個錨桿眼——鋪設(shè)頂鋼筋網(wǎng)——裝樹脂卷——安裝中間頂板錨桿——用錨桿機打其它錨桿孔并安裝錨桿——打兩幫錨桿孔，鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，安裝錨桿。

4.2 當基本支護完成以后，立即進行頂板小直徑錨索的施工。錨索布置方案：在巷道拱頂軸線上和距巷道拱頂軸線向兩邊各2.0m處布設(shè)三道錨索，錨索間距2.0m，排距2.5m。在實際施工中，每孔使用3卷Z2460型，預(yù)緊力以200KN為宜。

4.3 初次噴射混凝土。基本支護完成后，立即對巷道全斷面圍巖表面進行初次噴射混凝土，噴層厚20~30mm（預(yù)留錨索孔和注漿孔位置）。噴漿材料、噴漿技術(shù)與工藝按原作業(yè)規(guī)程進行

4.4 巷道圍巖注漿加固

4.4.1 注漿加固的技術(shù)原理。注漿加固圍巖的巷道穩(wěn)定技術(shù)，是一種在巷道中滯后作業(yè)的后注漿技術(shù)。它與在巷道破碎圍巖地段的修復(fù)工作不同，這種注漿工作是在巷道沿未穩(wěn)定的過程中進行的，是為巷道進一步穩(wěn)定提供更好的圍巖條件。

4.4.2 注漿加固時機選擇的原理。按現(xiàn)代支護理論，巷道圍巖穩(wěn)定后的變形大小主要和圍巖的破壞程度與破壞范圍大小有關(guān)，而圍巖的破壞程度和破壞范圍大小除了和巖體原來的強度和圍巖應(yīng)力大小有關(guān)外，還和支護強度和支護作用時間有關(guān)。

有效地進行注漿加固的先決條件是：①考慮漿液易于滲流。②考慮注漿固結(jié)體強度。

注漿時間的選擇要考慮圍巖的裂隙的發(fā)育程度、漿液固結(jié)的巖體強度、所需控制的圍巖變形量及注漿工藝等因素。

4.4.3 注漿加固時機的確定。根據(jù)巷道的一般變形規(guī)律，掘后2~3d內(nèi)完成其最終變形量的5%~15%，此時注漿絕大部分后續(xù)變形將由于圍巖被加固而受到有效抑制。

4.4.4 注漿加固深度的確定。注漿深度是控制巷道變形的主要因素之一。注漿深度越深，穩(wěn)定巷道變形的能力也越高。但由于深部圍巖的完整性較好，強度較高，過深的注漿既沒有意義，進漿也困難。因此一般考慮滲透條件和注漿孔的施工方便，注漿深度略超過圍巖裂隙發(fā)育的深度為界。

裂隙發(fā)育深度的經(jīng)驗公式：ry=(0.78+2.13УH/Rc)·a=(0.78+2.13×9.45/15)×2.5=5.3m

式中，УH—巖石容重與巷道埋深乘積，取У.7g/cm3，H=350m，УH=9.45Mpa；Rc—巖石單軸抗壓強度，取圍巖的平均值15Mpa；a—巷道半徑，取2.5m。因此，裂隙發(fā)育范圍為2.8m。

4.4.5 注漿孔布置。在兩幫、兩底角和底板布置注漿孔。巷道兩幫和兩底角是圍巖塑性區(qū)首先發(fā)展的部位，控制好兩幫和兩底角有利于巷道的整體穩(wěn)定。為減少注漿工作量和節(jié)省注漿材料，僅在兩幫、兩底角和底板進行注漿。考慮到巖體漿液滲透距離，便于注漿孔施工和進行注漿工作，設(shè)計的注漿孔布置：底板三個注漿孔，兩幫各一個注漿孔，兩底角各一個注漿孔。注漿孔排距2.1m，即每三排基本錨桿布置一排注漿孔，注漿孔長度均為3.0m，注漿布置在兩排基本錨桿的中間。

4.4.6 注漿孔施工。根據(jù)設(shè)計的鉆孔參數(shù)、孔口位置、注漿孔深度和方位等打注漿孔，至設(shè)計深度，并將鉆孔內(nèi)積水、巖悄吹洗干凈，鉆孔完成后，安裝注漿錨桿。

4.4.7 注漿錨桿。注漿錨桿采用1/2英寸無縫鋼管制作，長度按需要確定，長度=鉆孔長度+100mm。錨固段長1.0m，尾部螺紋段長100mm。錨桿外徑20mm，注漿段有若干交叉射漿小孔，將錨桿前端砸扁。注漿錨桿搞屈服能力為60.5KN，搞破沁能力為105KN。

4.4.8 封孔。常用的封孔方法有四種：①采用布袋封孔；②采用空心式快硬膨脹水泥藥卷封孔；③采用棉線封孔；④采用膠脹式封孔器封孔。

在試驗過程中，根據(jù)現(xiàn)場的條件和工人的使用情況，從以上四種封孔方法中選擇采用空心式快硬膨脹水泥藥卷封孔方式，適宜童亭礦的推廣使用。

4.4.9 注漿材料的選擇與漿液配制。結(jié)合在煤礦巷道加固圍巖注漿方面常用的注漿材料，考慮童亭礦109軌道大巷的實際情況，為保證技術(shù)上的加固效果和注漿材料的成本，初步確定首先采用普通硅酸鹽水泥，摻入適量的速凝劑制成水泥漿，在進行技術(shù)經(jīng)濟比較的基礎(chǔ)上再確定今后推廣應(yīng)用的注漿材料及其配比。

4.4.10 注漿壓力的確定。根據(jù)注漿經(jīng)驗和研究，錨噴巷道圍巖注漿壓力以不超過5MPA為宜。童亭礦巷道圍巖巖性差，裂隙發(fā)育，估計在圍巖松動圈內(nèi)注漿壓力較小，但在圍巖應(yīng)力集中區(qū)和泥巖中注漿時，將需要較高的壓力。綜合分析，注漿壓力暫按2~5MPA考慮，在試驗過程中通過觀測進一步確定合理的注漿壓力。

4.4.11 注漿泵的選擇。注漿泵是注漿工作的關(guān)鍵設(shè)備，是決定注漿系統(tǒng)的主要因素，經(jīng)過對國內(nèi)主要生產(chǎn)廠家的調(diào)研，選擇鎮(zhèn)江煤礦專用設(shè)備廠生產(chǎn)的QZB—50/60型氣動注漿泵。該泵為單缸雙作用往復(fù)漿泵。主要特點是氣壓傳動，體積小，重量輕，排液具有定壓自動調(diào)量的性能，適合巷道圍巖的注漿加固。

4.4.12 注漿系統(tǒng)的選擇?？紤]①井下施工條件限制，注漿工作受掘進、運輸干擾，難以嚴格控制注漿時間，尤其在工藝技術(shù)不熟練的情況下更難控制。②雙液注漿在混合前長時不凝固，可以實現(xiàn)一次拌料，多次反復(fù)注漿，保證注漿效果。③雙液注漿系統(tǒng)既可以進行雙液注漿，又可以進行單液注漿。④新型雙液注漿泵的應(yīng)用也為簡化注漿系統(tǒng)創(chuàng)造了條件。因此在井下試驗中選擇雙液注漿系統(tǒng)。

4.4.13 注漿量。由于圍巖裂隙發(fā)育程度及圍巖松動程度和巖體結(jié)構(gòu)的差異，單位體積的圍巖注漿量差別較大。保證足夠的注漿量是漿液充分充填圍巖裂隙、孔隙的必要條件。單孔及巷道斷面注漿量受多因素控制，只有針對具體條件在試驗中確定，一條巷道地質(zhì)條件相近時，變化范圍也較大，只有通過加強注漿監(jiān)控來保證注漿量。

4.4.14 為了保證注漿效果和防止在圍巖習(xí)面處漿液擴散較遠，造成跑漏漿現(xiàn)象，注漿時除了要控制注漿壓力和注漿量，還要注意控制注漿時間。相反，在圍巖裂隙、孔隙不太發(fā)育的地點，注漿速度較慢，漿液擴散較困難，為了提高注漿效果，必須在提高注漿壓力的同時，適當?shù)匮娱L注漿時間。每孔注漿時間一般控制在30MIN左右。

4.4.15 注漿工藝過程。注漿工藝過程為：施工準備→鉆孔→安裝注漿管→開泵注漿→清洗設(shè)備。

4.4.16 注漿的施工組織。注漿作業(yè)包括打眼、運料、攔料、封孔、注漿、清洗、移動注漿系統(tǒng)等工序，其中打眼、封孔和注漿為三個主要工序。考慮空間的限制和不影響巷道的運輸?shù)纫蛩兀瑢⒋蜓酆妥{兩個工序分開進行。超前打出數(shù)排注漿眼，并超過一班的注漿進程，滯后一段距離注漿。巖巷注漿打眼較復(fù)雜，安排專人施工。按兩個人一臺氣腿式鑿巖機，一班打20~30個眼計算，每天安排兩班打眼，可滿足一班的注漿進度。循環(huán)注漿，每班可注5~8排眼，約10~16m。

4.4.17 注漿監(jiān)控及質(zhì)量檢查。井下試驗中總結(jié)出一套簡便易行的綜合監(jiān)測技術(shù)：通過試驗確定注漿終壓后調(diào)定；密布注漿孔使兩排間及斷面內(nèi)注漿孔滲透范圍重疊，掌握不同部位單孔注漿量變化范圍的情況下采取排間交替間隔注漿方式盡可能反復(fù)多注，保證注漿效果。

綜上所述，錨網(wǎng)索噴注漿復(fù)合支護方式完全適用于巷道距離遠、服務(wù)年限長、地質(zhì)條件復(fù)雜，滿足圍巖具有薄層狀、碎裂、松散、膨脹、強風(fēng)化蝕變和高地應(yīng)力作用等特征的巷道支護強度。