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  • 破碎軟巖大巷壁后注漿加固技術(shù)研究

    時間:2024-07-24 12:38:47 論文范文 我要投稿

    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(shí)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(shí)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(shí)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(jì) 
            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(yàn)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(jì)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(jì)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(jì),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(yàn)段的現(xiàn)場寫實(shí),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(jì)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(jì)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(jì)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(diǎn)位移計(jì),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(diǎn),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(shí)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(shí)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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