壁后注漿技術(shù)在平禹煤電公司一礦機軌合一大巷的應用

        平禹煤電公司一礦位于禹州礦區東北部，設計生產(chǎn)能力0.6Mt/a,2011年核定生產(chǎn)能力為1.08Mt/a，主采煤層為二1和二3煤層，礦井現生產(chǎn)水平為-200m水平。機軌合一大巷是礦井東翼技改區的主運輸大巷，其服務(wù)年限較長(cháng)。巷道布置在二1煤層頂板10m以上的泥巖中，圍巖層理發(fā)育，較為松散，泥巖強度低，在21.3～31.0MPa之間。巷道掘出一段時(shí)間后，因支護方式和斷面的原因，造成巷道噴射混凝土出現脫層、掉渣現象，影響巷道正常運輸和行人安全。為保證巷道完整性，使其發(fā)揮主要運輸功能的作用，采取壁后注漿的工藝進(jìn)行加固。
        1.工程概況
        平禹煤電公司一礦機軌合一大巷巷道斷面17.89m2，凈寬5.2m，凈高4m。巷道支護采用U36+噴射混凝土支護，棚間距0.6米，噴射混凝土厚度150mm。
        2.壁后注漿加固原理
        采用壁后注漿對易變形巷道破碎圍巖加固處理后，使漿液充填和膠結圍巖的空隙和裂縫，在巷道的外圍形成完整的注漿帷幕，并與圍巖、錨注桿共同形成有效承壓承壓組合拱。由于注漿使得巷道外圍組合拱厚度加大，能有效提高支護結構的承載能力。而錨注桿將軟弱的直接頂吊掛于其上的堅固基本頂上，提高了圍巖的整體強度，防止巷道的變形破壞，從而確保巷道的長(cháng)期使用。
        3.方案設計
        本次巷道圍巖注漿加固是與噴射混凝土支護構成聯(lián)合支護方式，巷道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
        根據巷道圍巖裂隙發(fā)育的經(jīng)驗公式： 
        …公式（1）
        據對平禹煤電一礦初步調研，砂質(zhì)泥巖的抗壓強度平均20MPa，巖層的平均密度3.0，巷道的半徑2.6m。
        （2）注漿壓力
        考慮到平禹一礦是對機軌合一大巷進(jìn)行修復，是對破裂巖體的固結，注漿壓力主要用于克服漿液在裂隙中的流動(dòng)阻力，注漿壓力不宜過(guò)多，一般在1～2.5MPa，并在施工中根據注漿量適時(shí)調整。
        （3）注漿時(shí)間及注漿量
        注漿時(shí)間是指單孔注漿時(shí)漿液從注入巷道圍巖到結束所需的時(shí)間，在貫通裂隙面或松散破裂區，為防止漿液擴散過(guò)遠或跑漿，在控制注漿壓力的同時(shí)要適當減少注漿時(shí)間；在裂隙欠發(fā)育處，漿液流動(dòng)速度慢，流量小，則適當延長(cháng)注漿時(shí)間，以保證注漿效果，單孔注漿時(shí)間5min左右。
        注漿材料的消耗分別按理論公式估算如下：
        單孔注漿量： 
        …（公式2）
        將有關(guān)數據代入公式2計算，每個(gè)注漿孔需0.0733m3漿液，約110Kg水泥。
        每米巷道的注漿量： 
        …（公式3）
        將有關(guān)數據代入公式3計算，每米巷道注漿需0.4m3漿液，約600Kg水泥。
        （4）注漿管加工
        注漿管采用無(wú)縫鋼管制作, 鋼管直徑φ22mm, 壁厚為2.5mm, 桿長(cháng)2m，桿體上每隔200mm 均勻鉆出φ8mm 注漿孔，一周3個(gè)孔，不在同一圓周上，管口螺紋M22，螺紋長(cháng)50mm，管終端呈稍扁狀, 以增加注漿出口壓力，注漿導管如圖2所示，安裝時(shí)鋼管外露30mm，用快硬水泥封孔。
        （5）注漿材料
        為節約注漿成本，注漿材料首選32.5級普通硅酸鹽水泥，水灰比取0.6～1.5，根據現場(chǎng)施工漿液的滲透性調整水灰比，為了保證注漿固結巷道圍巖的強度，水灰比不宜過(guò)多，采用摻入高效減水劑提高水泥漿液的流動(dòng)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%；水泥在水化硬化過(guò)程中要產(chǎn)生體積收縮，影響其注漿固結圍巖體的強度，建議在水泥漿液中摻入膨脹劑，使注漿材料有一定的微膨脹性，摻量在8%左右即可。      4. 方案實(shí)施
        （1）鉆注施工
        注漿施工過(guò)程中，鉆孔必須間隔跳躍循環(huán)進(jìn)行，避免因注漿孔過(guò)近而產(chǎn)生竄漿現象。同一斷面的注漿孔先打1～7號孔，并按序號先后進(jìn)行注漿，待注漿結束后，再打8～11號孔，并按序號注漿，如圖3所示。沿巷道軸向方向的注漿孔，每間隔一排，按圖3進(jìn)行打眼注漿，當注漿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(shí)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。
        接通管線(xiàn)，用清水試注，嚴格按水灰比供水上料，攪拌均勻，將吸漿管放入料桶中，開(kāi)泵注漿，通過(guò)調壓閥由小到大調節注漿壓力，觀(guān)察注漿速度、注漿量、漏漿情況等，調整注漿時(shí)間，保證注漿效果。
        （2）注漿監測及質(zhì)量檢查
        注漿施工隱蔽性強，應加強注漿過(guò)程中的監測監控工作及注漿后的質(zhì)量檢查工作。注漿初期應詳細記錄注漿壓力、注漿量、滲透范圍等參數變化情況，掌握其規律，以調整并確定注漿參數，指導后續的注漿工程。注漿后可選擇典型位置復注漿，觀(guān)察注漿情況，同時(shí)進(jìn)行常規的礦壓觀(guān)察、深孔位移和聲波測試，分析判斷注漿效果。
        5.巷道礦壓觀(guān)測
        （1）巷道表面位移觀(guān)測
        巷道的表面位移測點(diǎn)布置如圖4所示，測量巷道斷面的A1A2和B1B2的間距變化，分析巷道頂板和兩幫的變形規律。
        巷道表面位移測站布置如圖5所示，在注漿巷道內沿巷道軸向布置兩個(gè)測站，每一個(gè)測站布置兩個(gè)側面，測站間距100m，每個(gè)測站中側面的間距1m。
        （2）巷道圍巖內部變形觀(guān)測
        通過(guò)在頂板和兩幫設置多點(diǎn)位移計，觀(guān)測巷道頂板和兩幫內部變形情況；
        （3）巷道注漿效果觀(guān)測
        通過(guò)鉆孔窺視方法對注漿前后圍巖裂隙充填情況進(jìn)行觀(guān)測，通過(guò)聲波測試法或地質(zhì)雷達測試方法推測注漿對巷道圍巖強度提高效果。
        6.設備及材料
        返修巷道注漿加固所需設備及材料如表所示。
        設備及材料清單
        序號 名稱(chēng) 型號 備注
        1 注漿泵  2ZBQ-10/12  2臺
        2 攪拌機 JBJ-300 2臺
        3 注漿管 φ22 mm×2000mm 
        4 止回閥 Ф22 mm國標 
        5 注漿材料 32.5水泥或42.5水泥 
        6 外加劑 減水劑、膨脹劑 
        7 封孔材料 快硬水泥 
        7.應用效果
        平禹一礦機軌合一大巷壁后注漿加固巷道工期7個(gè)月，共注入水泥2116t，解決了巷道變形嚴重、噴射混凝土破壞、底鼓嚴重等問(wèn)題，現注漿工程結束已4個(gè)月，機軌合一大巷巷道未出現裂縫、掉塊及變形現象，達到了降低巷道維修成本、加固巷道和消除巷道支護安全隱患的目的。通過(guò)此次壁后注漿工藝的實(shí)施，保守計算，每年減少巷道維修量800m，年節約巷道維修費用400萬(wàn)元左右，降低了成本的同時(shí)，提高了巷道的支護強度，增強了圍巖支撐能力，降低了礦壓，有效解決了圍巖松軟、壓力大、地質(zhì)條件復雜巷道的支護問(wèn)題，取得了明顯的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。

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