斷層破碎帶巷修注漿加固技術(shù)

趙以保

【摘 要】為了完善斷層破碎帶巷道維修方法，以注漿加固理論為基礎(chǔ)，通過注漿材料配比實(shí)驗(yàn)，分析不同體積配比條件下，水泥水玻璃與凝固時間、抗壓強(qiáng)度的關(guān)系，確定水泥水玻璃體積比為1∶0. 4的注漿加固最佳配比方案。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，提出了利用注漿加固技術(shù)、U 型鋼梁棚和噴射混凝土相結(jié)合的巷道維修方案，成功解決了現(xiàn)場問題。該研究對于類似礦井的斷層破碎帶巷道維修具有借鑒意義。

【關(guān)鍵詞】斷層;破碎帶;巷道維修;注漿加固

引言

斷層破碎帶應(yīng)力分布比較復(fù)雜，易形成高應(yīng)力集中區(qū)，圍巖非常破碎且極易垮落，在巷道掘進(jìn)過程中極易片幫冒頂，巷道形成以后由于斷層破碎帶的影響，受力大，變形顯著。因此，斷層構(gòu)造帶巷道支護(hù)及維修技術(shù)一直是煤礦行業(yè)研究的難點(diǎn)和重點(diǎn)。目前，圍巖控制技術(shù)的關(guān)鍵是，通過一定的手段改善圍巖的狀態(tài)，充分利用圍巖自身的強(qiáng)度保持支護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。注漿作為改善巖土狀態(tài)的重要技術(shù)，能夠在原位對巖土體進(jìn)行加固和改性，使一定范圍內(nèi)的巖體成為支護(hù)結(jié)構(gòu)不可分割的一部分，從而充分利用巖體本身的強(qiáng)度，較好地解決一些巖土工程穩(wěn)定問題，因此，在巖土工程界得到廣泛運(yùn)用。注漿技術(shù)能夠有效控制圍巖變形，顯著改善支護(hù)效果，20世紀(jì)80年代以來，在煤礦軟巖巷道維護(hù)中的應(yīng)用也受到關(guān)注。

目前，斷層破碎帶常用的維護(hù)方法有“錨、網(wǎng)、鋼帶”聯(lián)合支護(hù)、錨網(wǎng)梁索、全長錨固注漿錨索支護(hù)等。筆者采用注漿加固技術(shù)，通過對注漿材料水泥和水玻璃不同配比的實(shí)驗(yàn)研究，得出了最佳配比方案，并結(jié)合某礦斷層破碎帶巷道維修現(xiàn)場實(shí)際情況，應(yīng)用該注漿配比提出了合理的支護(hù)注漿方案，其結(jié)果對類似礦井具有理論意義和實(shí)際應(yīng)用價值。

1注漿加固原理及水泥水玻璃配比

1.1注漿加固破碎煤巖體原理

破碎煤巖的注漿加固過程中，漿液在泵壓的作用下擠壓或滲透到破碎煤巖的裂隙中去，漿液固結(jié)后，以固體形式充填在裂隙中并與巖體固結(jié)。這些充填的材料在巖體內(nèi)形成新的網(wǎng)絡(luò)骨架結(jié)構(gòu)，注漿后的巖體增加了由加固材料形成的漿脈。漿脈在巖體中呈薄厚不一的片狀或條狀，但均相互聯(lián)系形成網(wǎng)絡(luò)骨架，網(wǎng)絡(luò)骨架內(nèi)側(cè)則是均勻密實(shí)的巖體，形成網(wǎng)絡(luò)骨架的充填材料具有較好的彈性黏結(jié)強(qiáng)度。注漿可以提高圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)，使得圍巖自身強(qiáng)度提高，承載能力加強(qiáng)。

1.2水泥水玻璃配比實(shí)驗(yàn)

注漿材料大體分為無機(jī)系和有機(jī)系兩大類，而在日常使用中，一般又分為水泥漿材和化學(xué)漿材兩大類。水泥漿材結(jié)石體強(qiáng)度高、造價低廉、材料來源豐富、漿液配制方便、操作簡單，是使用量較大的漿材。綜合考慮煤礦經(jīng)濟(jì)效益，選取水泥漿材作為主要充填原料。水泥-水玻璃漿液是以水泥和水玻璃為主劑，兩者按一定的比例以雙液方式注入的注漿材料。這種漿液可以克服單液水泥漿的凝結(jié)時間長、不易控制、結(jié)石率低等缺點(diǎn)，提高水泥注漿的效果，擴(kuò)大水泥注漿的適用范圍。注漿過程中，當(dāng)希望漿液滲透或擴(kuò)散半徑（或距離）較大時，要求漿液的凝結(jié)時間或凝膠時間足夠長。當(dāng)有地下水運(yùn)動時，為防止?jié){液過分稀釋或被沖走，要求漿液在注入過程中速凝。另外，在加固工程中，為減少瞬時沉降，也希望縮短水泥漿液的凝結(jié)時間。水泥、水玻璃體積比不同所得的單軸抗壓強(qiáng)度、凝膠時間不同。

2注漿方案

2.1注漿工藝

首先按照注漿孔斷面布置要求，打設(shè)注漿孔，然后將封孔器與注漿管一同插入鉆孔，并固定封孔器，再將注漿接頭連接到注漿管上，啟動注漿泵，通過觀測注漿效果來控制注漿泵的開停，停泵后及時撤下連接頭，然后進(jìn)行下一組注漿。為了提高注漿速度，可以先后給幾個注漿孔安裝注漿管和封孔，然后統(tǒng)一注漿。注漿時嚴(yán)格按照漿液配比，采取先控制巷道兩幫，再集中巷道頂板的方式進(jìn)行，完成幫部注漿后再進(jìn)行拱部注漿以加固斷層冒落區(qū)深部巖層，并以此為一個注漿循環(huán)。在注漿過程中，要時刻觀察注漿孔附近頂板、幫壁情況，如果有漿液從幫壁或頂板滲出，立即將注漿泵風(fēng)量調(diào)小，減小注漿壓力，并用棉紗封堵頂板及幫壁的滲液孔，然后繼續(xù)正常注漿。注漿孔中所注入的漿液量根據(jù)現(xiàn)場注漿情況而定，一般至注漿孔注滿為止。完成一個循環(huán)后重復(fù)以上操作進(jìn)行第二個循環(huán)。

2.2注漿設(shè)備

注漿所用機(jī)具以注漿泵為主，按注漿泵的漿液混合方式分單液注漿和雙液注漿。單液注漿是指所有注漿材料經(jīng)充分混合反應(yīng)后，用單液注漿泵壓注到巖體中的注漿過程。雙液注漿是指兩組分注漿材料分別置于注漿泵的兩個料桶中，再壓注到巖體的過程中進(jìn)行混合反應(yīng)的注漿過程。結(jié)合井下實(shí)際情況，采用錨注施工注漿泵，根據(jù)漿液配比的要求，使用QZB-60型氣動雙液注漿泵和氣動水泥漿攪拌罐。供風(fēng)壓力為0.5～6.0MPa，便于注漿壓力調(diào)整，以有效控制漿液的擴(kuò)散半徑。

2.3輔助施工

注漿液在一定時間后強(qiáng)度才能達(dá)到要求，結(jié)合實(shí)驗(yàn)設(shè)定為3天，3天以后方可進(jìn)行原巷道U型鋼梁棚拆除工作。為了保證安全，拆除鋼梁棚時，必須徹底拆完一架之后，架設(shè)好一架，并進(jìn)行掛網(wǎng)，與此同時，進(jìn)行開幫、挑頂。距離U型鋼梁棚架設(shè)及掛網(wǎng)完畢位置10 m后，噴射一層柔性混凝土，封閉圍巖，防止圍巖表面風(fēng)化。

3注漿效果分析

按照注漿支護(hù)方案，注漿后巷道圍巖得到加固。破碎巷道在注漿加固后，斷面得以有效擴(kuò)大，滿足了現(xiàn)場通風(fēng)要求，注漿后效果明顯?，F(xiàn)場跟蹤觀察結(jié)果表明，斷層冒落區(qū)已注漿完畢的巷道頂板圍巖穩(wěn)定，巖體在漿液的作用下已被填充并黏結(jié)成為一體，整體性較好。通過注漿封堵了圍巖的裂隙，隔絕了空氣，防止圍巖風(fēng)化，提高了圍巖自身強(qiáng)度。注漿管注漿后相當(dāng)于全長錨固錨桿，將松散破碎的圍巖膠結(jié)成整體，從而將多層組合拱聯(lián)成一個整體，共同承載，提高了巖體的內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角及彈性模量，從而提高了巖體強(qiáng)度。注漿后裂隙得到充填，圍巖完整性提高，這樣保證荷載能均勻地作用在巖體和支架上，避免出現(xiàn)應(yīng)力集中點(diǎn)而首先破壞。注漿使得支護(hù)結(jié)構(gòu)面尺寸增大，圍巖作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的荷載所產(chǎn)生的彎矩減小，從而降低了支護(hù)結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的拉應(yīng)力和壓應(yīng)力，因此，提高了支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載能力，擴(kuò)大了支護(hù)結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性。

4結(jié)束語

通過實(shí)驗(yàn)研究水泥和水玻璃最佳配比，并結(jié)合工礦斷層破碎帶巷道實(shí)際情況，應(yīng)用圍巖注漿加固技術(shù)進(jìn)行巷道修復(fù)，得到如下結(jié)論：

（1）水泥水玻璃漿液體積比不同，凝膠時間不同。在漿液體積比一定的條件下，凝固后的漿液物的抗壓強(qiáng)度隨著時間增大而增大。水泥水玻璃體積比為1：0.4的配比方法較合理。

（2）在斷層破碎帶巷修時，幫頂注漿孔注漿一定要注意先后順序，先注幫孔，最后注頂板孔，這樣有利于注漿穩(wěn)固帶從下到上形成，便于控制漿液擴(kuò)散半徑。

（3）注漿管長度可以根據(jù)巷道斷面加工成長短不等的幾種，短的注漿管壁四周不打漿液擴(kuò)散小眼，安設(shè)時裝在鉆孔外部，這樣有利于挑頂擴(kuò)幫，保證巷道斷面的要求。注漿管直徑可以根據(jù)巷道破碎情況設(shè)定，破碎嚴(yán)重時其直徑可以增大，反之減小。

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