破碎軟巖大巷壁后注漿加固技術(shù)研究

摘要：介紹了破碎軟巖壁后注漿作用機(jī)理，以平禹一礦機(jī)軌合一大巷為例，對注漿參數(shù)、設(shè)備、工藝流程以及注漿效果作了詳細(xì)的論述，通過工程實踐取得良好支護(hù)效果。
關(guān)鍵詞：作用機(jī)理；注漿參數(shù)；注漿工藝；注漿效果
        1.概況
        平禹一礦東翼機(jī)軌合一大巷布置在二1煤頂板10m以上的泥巖中，該巷道原大部分采用“U36 + 噴射混凝土”支護(hù)。因巷道斷面大、圍巖層理發(fā)育，巷道掘出一段時間后，大部分區(qū)域噴層開裂、脫落，底臌嚴(yán)重，斷面縮小，無法滿足安全生產(chǎn)的要求。經(jīng)過多次反復(fù)擴(kuò)修，也根本達(dá)不到支護(hù)阻力的要求。為了提高圍巖本身的承載性能，決定擴(kuò)修后采用壁后注漿支護(hù)技術(shù)方案。
        2.壁后注漿加固技術(shù)的作用機(jī)理
        壁后注漿加固巷道圍巖是采用圓鋼管作為錨桿，并兼作注漿管使用。其支護(hù)原理主要包括以下幾個方面：
        （1）壁后充填加固作用
        壁后進(jìn)行注漿充填，外荷載均勻地傳遞給支架，使支架承受均布荷載。同時，注漿充填層可吸收圍巖部分變形能及變形量，減少支護(hù)及圍巖變形的劇烈程度。
        （2）裂隙充填與壓密作用
        注漿漿液可以將相互連通的巖體裂隙充滿，并將破碎的圍巖膠結(jié)成整體，抑制圍巖流變。同時還可將充填不到的封閉裂隙和孔隙壓縮，從而對巖體整體起壓密作用，巖體彈性模量、強(qiáng)度相應(yīng)提高。
        （3）網(wǎng)格骨架作用
        注漿漿液經(jīng)擠壓或滲透到圍巖裂隙中固結(jié)，會形成新的網(wǎng)格骨架結(jié)構(gòu)，固結(jié)體具有良好的韌性和粘結(jié)性，承受外載時表現(xiàn)出更好的塑性，可以承受較大的變形而不破壞，從而改善巷道維護(hù)狀況。
        （4）注漿漿液對錨桿桿體抗腐蝕性得以加強(qiáng)
        注漿漿液充入桿體周圍后，一方面使桿體全長受到防銹鈍化膜的保護(hù)。同時注漿漿液對錨桿也起到了很好的加固作用，從而保證了錨桿自身的長期穩(wěn)定性。
        （5）注漿為錨桿提供可靠的著力基礎(chǔ)
        良好的注漿效果可實現(xiàn)錨桿在全長范圍內(nèi)良好的錨固效果，為錨桿提供可靠的著力基礎(chǔ)，進(jìn)一步保證了巷道內(nèi)層結(jié)構(gòu)的承載能力。
        （6）對錨噴支護(hù)的增強(qiáng)作用
        注漿漿液可以強(qiáng)化噴層與圍巖的粘結(jié)作用，維護(hù)噴層穩(wěn)定，使端錨型錨桿轉(zhuǎn)為全長錨固型。經(jīng)圍巖注漿加固，使頻于破壞的錨噴支護(hù)體轉(zhuǎn)變成高強(qiáng)的噴錨注加固圈，可以使圍巖變形速度大大降低，實現(xiàn)長期維護(hù)。
        （7）水泥基注漿材料固結(jié)破裂煤巖體的性能得以增強(qiáng)
        破裂煤巖通過水泥基注漿固結(jié)體，其固結(jié)體延性增大，變形能力、強(qiáng)度、穩(wěn)定性顯著增加，這有利于形成適應(yīng)大變形的承載結(jié)構(gòu)。
        3.注漿參數(shù)設(shè)計 
        東翼機(jī)軌合一大巷注漿加固采用一次注漿方式，在圍巖裂隙較小，注漿困難的位置進(jìn)行二次注漿加固。
        （1）注漿孔深及間排距
        注漿孔深取決于巷道圍巖的滲透性和漿液的流動性，根據(jù)巷道圍巖裂隙發(fā)育的經(jīng)驗公式：
        ………………………………（公式1） 
        公式中：R—圍巖破碎圈半徑（m）；
        γ—巖層平均密度，
        H—巷道埋深（m），
        Rc—巖石抗壓強(qiáng)度(MPa)，
        a—巷道半徑(m)。
        經(jīng)公式1計算，得出裂隙發(fā)育的范圍為1.92m，考慮圍巖的滲透性和注漿加固的目的，取一定的安全系數(shù)，設(shè)計注漿孔的深度為2.5m。
        注漿孔的間排距根據(jù)漿液擴(kuò)散距離設(shè)計，而擴(kuò)散距離受注漿壓力、漿液流動特征、裂隙開度、產(chǎn)狀及分布特征和注漿工藝等因素影響。根據(jù)試驗段的現(xiàn)場寫實，巷道單孔漿液擴(kuò)散距離為3.5米以上。為了確保安全，設(shè)計注漿孔排距為4.8米，間距為2米。
        （2）注漿壓力
        本次注漿壓力主要用于克服漿液在裂隙中的流動阻力，注漿壓力一般控制在1～2.5MPa，并在施工中根據(jù)注漿量適時調(diào)整。
        （3）注漿時間及注漿量
        注漿時間是指單孔注漿時漿液從注入巷道圍巖到結(jié)束所需的時間，為保證注漿效果，單孔注漿時間控制5min左右。
        注漿量隨不同部位的破裂程度、裂隙分布情況是不一樣的，按理論公式估算如下：
        單孔注漿量：
        ………………………………………（公式2）
        式中：Q1—單孔注漿量
        λ—漿液損失系數(shù)，取1.2
        β—充填系數(shù)，一般取0.7
        R—漿液擴(kuò)散半徑m,取1.0m
        h—注漿深度m，取2.5m
        n—有效裂隙率，取1%
        m—結(jié)石率，取0.9
        將有關(guān)數(shù)據(jù)代入公式2計算，每個注漿孔需0.0733m3漿液，約110Kg水泥。        每米巷道的注漿量：
        ……………………………………（公式3）
        式中：Q2—巷道每米注漿量
        L—巷道軸向長度，取1m
        r1—巷道裂隙發(fā)育的外半徑，取4.52m
        r2—巷道半徑，取2.6m
        將有關(guān)數(shù)據(jù)代入公式3計算，每米巷道注漿需0.4m3漿液，約600Kg水泥。
        4.注漿管及注漿材料
        （1）注漿管加工
        注漿管采用無縫鋼管制作, 鋼管直徑φ22mm, 壁厚為2.5mm, 桿長2m，桿體上每隔200mm 均勻鉆出φ8mm 注漿孔，一周3個孔，不在同一圓周上，管口螺紋M22，螺紋長50mm，管終端呈稍扁狀, 以增加注漿出口壓力，安裝時鋼管外露30mm，用快硬水泥封孔。
        （2）注漿材料
        為節(jié)約注漿成本，注漿材料首選32.5級普通硅酸鹽水泥，水灰比取0.6～1.5，根據(jù)現(xiàn)場施工漿液的滲透性調(diào)整水灰比，為了保證注漿固結(jié)巷道圍巖的強(qiáng)度，水灰比不宜過多，采用摻入高效減水劑提高水泥漿液的流動性和滲透性，降低漿液的水灰比。高效減水劑摻量是水泥的0.7%～1%。
        5. 注漿工藝
        （1）準(zhǔn)備工作
        在巷道內(nèi)支護(hù)體及圍巖暴露面噴射強(qiáng)度較高的混凝土，使噴層與原支護(hù)結(jié)構(gòu)形成一個結(jié)合層，封閉巖面，防治跑漿。
        （2）鉆孔與封孔
        注漿施工過程中，為避免因注漿孔過近而產(chǎn)生竄漿現(xiàn)象，同一斷面的注漿孔先打1、3、5號孔，并按序號先后進(jìn)行注漿，待注漿結(jié)束后，再打2、4號孔，并按序號注漿。沿巷道軸向方向的注漿孔，每間隔一排進(jìn)行打眼注漿，當(dāng)注漿50m后，再進(jìn)行加密注漿。為加快注漿速度，可以采用多臺注漿泵同時注漿。封孔采用快硬膨脹水泥，提前一班進(jìn)行封孔，確保封孔水泥硬化，保證封孔質(zhì)量。
        （3）拌料注漿
        接通管線，用清水試注，嚴(yán)格按水灰比供水上料，攪拌均勻，將吸漿管放入料桶中，開泵注漿，通過調(diào)壓閥由小到大調(diào)節(jié)注漿壓力，觀察注漿速度、注漿量、漏漿情況等，調(diào)整注漿時間，保證注漿效果。
        （4）注漿監(jiān)測及質(zhì)量檢查
        注漿施工隱蔽性強(qiáng)，應(yīng)加強(qiáng)注漿過程中的監(jiān)測監(jiān)控工作及注漿后的質(zhì)量檢查工作。注漿初期應(yīng)詳細(xì)記錄注漿壓力、注漿量、滲透范圍等參數(shù)變化情況，掌握其規(guī)律，以調(diào)整并確定注漿參數(shù)，指導(dǎo)后續(xù)的注漿工程。注漿后可選擇典型位置復(fù)注漿，觀察注漿情況，同時進(jìn)行常規(guī)的礦壓觀察、深孔位移和聲波測試，分析判斷注漿效果。
        注漿施工組織
        注漿施工需要一套專用設(shè)備及管路系統(tǒng)，占據(jù)一定的空間，應(yīng)合理組織。打眼封孔與注漿可以分開，每天安排兩班打眼封孔一班注漿，適當(dāng)集中注漿工作，便于管理，也有利于保證注漿效果，注漿班需4～5人，兩人備料，一人開泵，一人聯(lián)接封孔管，另一人協(xié)調(diào)并監(jiān)測注漿過程。
        6.巷道礦壓觀測
        通過在頂板和兩幫設(shè)置多點位移計，觀測巷道頂板和兩幫內(nèi)部變形情況；
        機(jī)軌合一大巷注漿后在巷道兩幫與頂?shù)装逶O(shè)立對應(yīng)的深孔位移監(jiān)測點，每隔5d進(jìn)行一次位移檢測。巷道維修60d后趨于穩(wěn)定，兩幫達(dá)到最大變形量50mm左右，支護(hù)效果十分明顯。
        7.結(jié)論
        (1)從機(jī)軌合一大巷實踐工程的效果來看，注漿提高了淺部巖體的圍巖強(qiáng)度，形成了承載結(jié)構(gòu)，降低圍巖變形的程度，達(dá)到了注漿加固的目的，保證了巷道安全使用，取得了良好的工程實踐效果。
        (2)錨注技術(shù)的關(guān)鍵參數(shù)注漿壓力、注漿時間與漿液擴(kuò)散的范圍是互相影響的，沒有固定的取值，要根據(jù)圍巖的破碎情況靈活而定，選擇最合適的參數(shù)。
        (3) 加入改善硅酸鹽水泥流動性的外加劑，提高了水泥的滲透擴(kuò)散性能，滿足了巷道圍巖注漿加固要求

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