軟巖巷道圍巖注漿加固中注漿參數(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

張永琴 賈正奎

摘要：通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，針對(duì)軟巖巷道圍巖注漿加固中注漿參數(shù)得選擇，提出了適應(yīng)于軟巖巷道圍巖的注漿參數(shù)。結(jié)果表明：1）采用單液水泥漿，水灰比1：1，遇到特殊異常施工情況，可采用水泥-水玻璃雙液漿或化學(xué)漿;（2）注漿之前首先需利用數(shù)值模擬對(duì)擬注漿圍巖進(jìn)行理論分析，得出最佳注漿壓力。其次，注漿時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的手段觀察巷道圍巖得變化。（3）針對(duì)巷道實(shí)際情況對(duì)注漿量進(jìn)行了估算，估算值與實(shí)際注漿量相當(dāng)。

關(guān)健詞：注漿技術(shù);高應(yīng)力;圍巖;變形

隨著社會(huì)與經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，對(duì)能源的需求的也日益增長(zhǎng)，由此帶來(lái)資源的開(kāi)采也不斷地在向深部發(fā)展。然而在深部開(kāi)采資源，受埋深的影響，深部開(kāi)采與淺部開(kāi)采相比其礦壓顯現(xiàn)規(guī)律會(huì)發(fā)生極大變化，如：對(duì)深部巷道圍巖來(lái)說(shuō)，復(fù)雜的地質(zhì)條件和高地應(yīng)力場(chǎng)，常造成巷道圍巖發(fā)生嚴(yán)重的變形破壞，常規(guī)的支護(hù)手段無(wú)法維持巷道圍巖的穩(wěn)定。針對(duì)煤礦巷道破碎圍巖支護(hù)方法，國(guó)內(nèi)外科研工作者進(jìn)行了大量的科研，目前有許多支護(hù)理論及技術(shù)，比如松動(dòng)圈理論、 聯(lián)合支護(hù)理論、錨索網(wǎng)支護(hù)技術(shù)等[1-8]，這些理論和技術(shù)的研究對(duì)保障深部開(kāi)采資源時(shí)巷道圍巖穩(wěn)定性起到了重要作用。但是，在深部開(kāi)采資源，受埋深的影響，深部開(kāi)采礦壓高，巷道圍巖極易呈現(xiàn)嚴(yán)重破碎、圍巖松散等情況時(shí)，此時(shí)再用傳統(tǒng)圍巖加固支護(hù)方法對(duì)齊進(jìn)行加固，其加固的效果不理想。要想加固后的巷道圍巖形成穩(wěn)定的承載結(jié)構(gòu)，就要結(jié)合實(shí)際情況可以采取注漿加固技術(shù)，將巖體膠結(jié)成一個(gè)整體，使巖體按照工程需求形成強(qiáng)度高、穩(wěn)定性高和新結(jié)構(gòu)體[4-12]。

本文采用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的方法，研究注漿加固技術(shù)參數(shù)的選擇，期望得到有益于類(lèi)似礦井圍巖加固工程的應(yīng)用。

1工程概況及處治方法

1.1地質(zhì)條件

實(shí)驗(yàn)礦巖性以泥巖、凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)泥巖為主，巖性極軟，且受周邊F3大斷層及次級(jí)斷層影響，巖層受擠壓情況嚴(yán)重，遇水垮落，致使支護(hù)難度較大。

1.2巷道變形情況

實(shí)驗(yàn)巷道圍巖利用11#工字鋼、U29型可縮性支架進(jìn)行支護(hù)，但是圍巖變形較大，局部范圍頂板下沉量達(dá)300—400mm，兩幫移近量為600—800mm，支架變形較嚴(yán)重，特別是支架腿子已完全脫離幫壁，無(wú)法滿足后期需要。

1.3處治方法

為避免后期使用過(guò)程中頻繁維修巷道，結(jié)合同類(lèi)礦井支護(hù)經(jīng)驗(yàn)，決定采用超前注漿支護(hù)方案。圍巖注漿方案按照分次、多次注漿順序進(jìn)行。首先進(jìn)行淺部注漿封閉，深部注漿加固的原則，注漿材料以水泥漿為主、配合水玻璃混合注漿，提高注漿加固效果。其次，注漿加固后進(jìn)行擴(kuò)幫維修滿足巷道斷面的使用要求，然后打設(shè)注漿錨索對(duì)巷道圍巖進(jìn)行加固，保持巷道圍巖的整體完整性，保證巷道在使用期間不會(huì)發(fā)生太大的變形。

2 注漿參數(shù)的選擇

2.1注漿材料的選擇

目前，國(guó)內(nèi)外用于注漿加固的材料種類(lèi)很多，但從材料的性質(zhì)上主要分兩大類(lèi)：顆粒型漿材和溶液型漿材。應(yīng)根據(jù)注漿的目的、漿材性質(zhì)、及造價(jià)等因素選擇適宜的漿材及漿液配比。

典型的顆粒型硅酸鹽類(lèi)水泥漿材，具有結(jié)石強(qiáng)度高、耐久性好、材料來(lái)源豐富、工藝設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低、注漿設(shè)備品種齊全等特點(diǎn)，所以在各類(lèi)工程中得到廣泛應(yīng)用。但這種漿液容易離析和沉淀、穩(wěn)定性較差，并且由于其顆粒度大，使?jié){液難以注入巖層的細(xì)小裂隙或孔隙中，擴(kuò)散半徑較小，凝結(jié)時(shí)間不易控制。適用于要求強(qiáng)度高，松散、離層明顯的破碎體加固。

化學(xué)漿液可注性好，能注入土層中的細(xì)小裂隙或孔隙。但目前常用的化學(xué)漿液性能差異大，用于永久性工程加固的化學(xué)材料必須具有較高的結(jié)石體強(qiáng)度，以提高加固后的圍巖抗變形能力。具備此類(lèi)性能的化學(xué)材料種類(lèi)有限，包括環(huán)氧類(lèi)和不飽和聚酯類(lèi)注漿材料，大量使用將直接導(dǎo)致工程成本大量增加。

本次注漿加固的目的是嚴(yán)格控制圍巖的變形，要求注漿結(jié)石體應(yīng)具有較高強(qiáng)度，抗變形能力強(qiáng)。根據(jù)注漿材料特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)圍巖條件，初步確定本工程注漿加固主要采用水泥注漿材料。

正常注漿使用525#（42.5MPa）普通硅酸鹽水泥，配合水泥注漿添加劑XPM配制漿液。大范圍漏漿時(shí)間歇注漿或壓注水泥水玻璃雙液漿堵漏。

水泥漿：

添加劑配比：使用XPM添加劑，添加劑用量為水泥重量的8%～10%。

水灰比：使用XPM添加劑，水泥漿的水灰比0.8∶1～1∶1（根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)注漿情況在小范圍內(nèi)調(diào)整）。

水泥-水玻璃配比：使用水泥-水玻璃雙液漿時(shí)，水泥漿配比不變。水玻璃濃度48～55Be’（根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行調(diào)整），模數(shù)M=2.8-3.2。水泥漿和水玻璃的體積比1∶0.4～1∶1。

圍巖注漿加固主要采用單液水泥漿，水灰比1：1，遇到特殊異常施工情況，可采用水泥-水玻璃雙液漿或化學(xué)漿，水泥-水玻璃雙液漿比例為1：0.5，AB料的比例為1：1。漿液材料具體配比見(jiàn)表1。

2.2注漿量的確定

從保證破碎帶被充填密實(shí)出發(fā)，注入的漿液應(yīng)盡量保證裂隙被充填滿，原則上做到不進(jìn)漿為止。由于破碎帶受地質(zhì)構(gòu)造及采動(dòng)影響其圍巖裂隙發(fā)育，工作面圍巖巖性差異，工作面圍巖吸漿量差別較大，本著既加固破碎帶，達(dá)到一定擴(kuò)散半徑，又節(jié)省材料和注漿時(shí)間的原則，在低壓淺孔注漿時(shí)，一般以注漿時(shí)返漿作為停止注漿標(biāo)準(zhǔn)，以此統(tǒng)計(jì)注漿量。為了獲得良好的注漿加固效果必須注入足夠的漿液，確保漿液有效擴(kuò)散半徑。注漿量往往成為注漿工程結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)，在進(jìn)行注漿設(shè)計(jì)時(shí)，要想把注漿量計(jì)算得比較準(zhǔn)確是困難的，單孔注漿量可用下式來(lái)估算：

式中： A為損耗系數(shù)，R為有效擴(kuò)散半徑，L為注漿段長(zhǎng)，n為開(kāi)口孔隙率，B為漿液充填系數(shù)。

實(shí)驗(yàn)對(duì)象運(yùn)輸大巷為直墻半圓拱巷道，由于采用深淺孔注水泥漿法進(jìn)行圍巖注漿，注漿孔孔深為7.5m，結(jié)合注漿孔布置方案得出注漿范圍區(qū)域分布示意圖，如圖1所示。

2.3注漿壓力的確定

進(jìn)行圍巖加固注漿時(shí)，注漿壓力的大小對(duì)圍巖最終強(qiáng)度有較大影響。壓力太小就不能平衡圍巖壓力反而導(dǎo)致圍巖地層變形甚至?xí)a(chǎn)生“劈裂現(xiàn)象”造成圍巖垮塌因此，注漿之前首先需利用數(shù)值模擬對(duì)擬注漿圍巖進(jìn)行理論分析，得出最佳注漿壓力。其次，注漿時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的手段觀察巷道圍巖得變化。

3效果

根據(jù)注漿參數(shù)的優(yōu)選施工，現(xiàn)場(chǎng)注漿沒(méi)有發(fā)生圍巖二次變形得現(xiàn)象，說(shuō)明該注漿參數(shù)選擇合理能達(dá)到預(yù)期效果。

4結(jié)論

通過(guò)對(duì)注漿材料的選擇、注漿時(shí)注漿量、注漿壓力等參數(shù)的確定，注漿時(shí)沒(méi)有出現(xiàn)圍巖垮塌等失穩(wěn)想象。

參考文獻(xiàn)：

[1] 安曉鵬. 水泥基材料性能的電化學(xué)研究[D].長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)，2012.

[2] 采動(dòng)覆巖應(yīng)力變化規(guī)律分析[J]. 孫志強(qiáng). 能源與環(huán)保. 2019（09）.

基金項(xiàng)目：重慶工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院自主課題重點(diǎn)項(xiàng)目（項(xiàng)目號(hào)：KJA201802）

作者簡(jiǎn)介：張永琴（1978-），女，博士研究生，講師，主要從事巖石力學(xué)與工程研究、安全與職業(yè)健康研究方面的工作。