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井巷锚注加固技术应用评价与发展前景

发布时间：2013-03-01 16:56:28

1矿井生产现状
1．1年产量不断提高五沟煤矿于2008年3月28日正式投产，矿井设计生产能力为60万吨年，服务年限为 52年。通过企业上下一直努力，矿井产量逐年递增，2010年矿井生产能力150万吨年。 1．2矿井安全生产影响因素五沟煤矿由于井田内煤系岩层构造复杂，开采条件具有软岩分布范围广、高应力、断层多、落差大等特点，其中南翼开拓准备巷道基本布置在1O煤层顶板中，距1O煤层法线距离 15m-3Orn,-：7~ [围岩主要有铝质、粉砂质泥岩，泥岩，细粉砂岩，经试验，破坏时的应力分别 28MPa(侧压)、14MPa(顶压)、30MPa(底压)左右，强度较低，巷道属软岩巷道，采掘集中，采动压力影响范围平距为160m-230m。

2巷道失修原因分析
2．1巷道失修状况由于南翼轨道大巷主要采用单一锚网喷支护，在地质构造带及多次拨门、贯通影响，由于缺少锚索支护锚固长度较短，导致锚杆悬吊和组合梁作用难以发挥，施工一年后，巷道顶、帮喷体出现开裂脱落；底板出现底鼓，轨道倾斜，水沟帮被挤压、垮落现象，后对顶板打锚索、进行返修，半年后，巷道又出现严重失修。反复多次均不能彻底治理。 2．2巷道失修主要原因 2．2．1巷道与开采煤层的空间关系不合理。从目前五沟煤矿采区内煤层的开采看，由于采面接替紧张，工作面开采后稳定期短，巷道受连续采动影响，多次采动的应力叠加造成巷道失修严重。 2．2．2五沟煤矿巷道失修的主要原因是巷道岩陛条件差、支护强度不足，受采动影响后极易破坏。为此，除了提高巷道的支护强度外，采用锚杆注浆加固是解决巷道失修的主要方法。

3五沟煤矿锚杆注浆技术的发展历程
3．1五沟煤矿在2007～2010年间工作面回采后导致轨道大巷系统严重损毁，不能正常服务；由于预先采用了锚杆注浆加固，回采后大巷变形量不大，简易维修后大巷得到了有效的维护。 3．2在此实践基础上，1018工作面距南一采区轨道大巷法向距离为3l米，在回采动压影响之前，对相关的运输巷道采取了预先锚杆注浆加固，。2005年3月份，当1018工作面推进到距南一采区轨道大巷150米(平距)时，对相关巷道进行锚杆注浆加固，加固巷道范围包括南一采区轨道大巷、南一采区变电所、南二采区索道斜巷等巷道。方案实施前，对相关巷道的围岩条件、支护形式进行了认真、仔细的研究，确定了加固方案。采用的关键技术指标如下： 3．2．1深孔注浆：根据巷道围岩裂隙度以及避免高压漏浆，决定采用深孑L注浆，注浆锚杆长一104一中国新技术新产品 2．0米。 3．2．2密集布置：考虑到巷道围岩未受采动影响，每根锚杆浆液扩散半径约为1D米，决定注浆锚杆间排距15米 l-5米，保证浆液交叉范围不小于Q5米，确保围岩裂隙充填严实。 32-3高压预注：足够的压力也是保证注浆效果的重要指标，确定注浆压力为2．0,-4．0兆帕。 3．2．4超前补强：注浆水泥等材料达到支护强度的时间为28天，为保证被注巷道的抗压能力，巷道在受影响前一个月对巷道注浆加固完毕。

4锚杆注浆技术的发展方向与展望
4．1建立岩巷边掘边注的加固长效机制围岩注浆加固是利用浆液把围岩的各种弱面充实，并把弱面充填体与四周岩体重新胶结起来，从而提高围岩的整体稳定洼及其力学性能，改善围岩的物理指标，注浆可以达到以下效果： 4．1．1提高岩体强度，改善弱面的力学性能。即提高裂隙的粘聚力和内摩擦角，增大岩体内部岩块间相对位移的阻力，从而提高围岩的整体稳定陛。 4．1．2形成承载结构。对破碎松散岩体中的巷道注浆加固，可以使破碎岩块重新胶结成整体，形成承载结构，充分发挥围岩的自稳能力。 4．13改善赋存环境。软岩巷道围岩注浆后，浆液固结体封闭裂隙，阻止水气浸入内部岩体，防止水解风化，保证围岩力学性质合理，实现长期稳定。 4．2修护巷道推广两次耦合加固技术五沟煤矿10煤顶底板虽为粉砂岩，但层理发育，强度较低，受采动影响之后，裂隙交错，巷道围岩变形速度快、位移大。受采动压力影响，围岩裂隙被激活或产生新的裂隙，造成巷道的支护体不能承受上部松散岩石的重量而屈服破坏。在实际锚注过程中，由于有些巷道失修严重，围岩破碎，存在~It的裂隙，现场表明，在打 1-0米以上的钻孔时出现了严重的卡钻现象，钻杆无法拔出，因此采用了两步耦合注浆加固。 4．2．1两步耦合注浆加固机理首先对巷道浅部围岩进行注浆，达到封闭围岩表面裂隙、充填巷道壁后空隙的目的，同时也为深部注浆提供条件；然后二次深孔注浆，高压浆液充填深部围岩裂隙，消除弱面，增强围岩的强度与剐度，使围岩的状态由弱面失稳转变为围岩本身控制，从而提高了围岩的自身承载能力，使支护体和围岩之间达到强度、刚度及变形上的耦合，改善围岩承载状况。 4．2．2两步耦合注浆加固参数设计及优化 4．22．1合理设计注浆参数 (1)注浆压力受围岩特性、注浆能力、注浆方式等因素的影响。若注浆压力过小，浆液难以向围岩中扩散，达不到预期的注浆效果；若压力过大，则会导致浅部注浆过程中巷道表面出现冒顶、片帮或开裂。在浅部注浆时，由于巷道表面和围岩发育，岩块破碎，采用的注浆压力不宜过大，初步确定为1～2MPa；深部注浆时，注浆压力确定为2--4MPa。 (2)注浆量。浆液的注人量受到注浆压力、注浆时间、围岩裂隙的发育程度及破碎状况、渗透l生等因素的影响。为保证巷道围岩裂隙被充填密实，注入的浆液尽量保证裂隙被充填满，施工中注浆量以达到注浆压力时为止。 (3)注浆孔的布置。考虑围岩浅部裂隙较为发育，为防止浆液向外流失，应有一定封孔深度，即注浆孔不能过浅；同时为了克服钻进时出现卡钻现象，实践表明初次注浆孔深度在1．(】～ 1．2米为宜。二次耦合深孔注浆时，要根据围岩松动圈确定锚杆的长度，二次耦合注浆锚杆长一般在2．0米以上。 (4)注浆孔的间排距。注浆孔的间排姬主要由浆液的扩散半径确定。为达到注浆效果，两孔的孑L距应保证注浆后浆液渗透范围由一定的交叉，所以应小于2倍的扩散半径。 (5)二次耦合注浆加固合理时间的确定。初次浅部注浆加固后，合理确定二次耦合注浆加固时间十分重要，过早或过晚都达不到耦合的效果。由于注浆材料主要材料为水泥，而水泥达到支护强度的时间一般为28天，所以二次耦合注浆滞后时间以一个月为好。 4．2．2．2注浆材料的选择注浆材料由无机和有机两个系列，由于有机材料价格昂贵，一般不予采用，而无机材料价格较低，被广泛应用。无机材料以水泥(主料)+ 水玻璃(速凝剂)为主。为了减少浆液流失，提高凝固速度，浅部初次注浆一般采用水泥+水玻璃双液浆。而深部二次耦合注浆一般采用水泥单液浆，确保更高的支护强度。 4．2．2-3施工工艺。巷道围岩注浆加固质量的好坏，在很大程度上取决于注浆施工工艺。围岩浅部注浆时采用双液注浆；围岩深部注浆时，由于浅部围岩被浆液充填密实，封闭了很大围岩，提高了围岩强度和改善了围岩凿岩条件，漏浆问题得到很好的解决。因此，采用工艺简单、便于操作的单液水泥浆。两步耦合注浆加固施工工艺如下：封闭巷道表面裂隙——钻孔—— 封孔——注浆——管道与设备的清洗。参考文献 Ⅲ侯朝炯等．煤巷锚杆支护眦徐州：中国矿业大学出版社，1999． f21才木锡章，张万惠，段福民．井巷工程．北京，煤炭工业出版社．

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