錨注加固技術(shù)在斜井修復(fù)加固中的應(yīng)用

摘 要:萬通源煤礦是山西煤炭資源整合中的整合煤礦之一，為了節(jié)約資金，縮減工期，提高經(jīng)濟效益，通過修復(fù)加固部分舊井筒作為資源整合后的主要井筒。本文詳細論述了作為投產(chǎn)后的副斜井在刷大原有井筒斷面后進行拆除老碹、重新砌碹施工中采取的技術(shù)措施及遇到的問題，通過采用臨時聯(lián)合支護和錨注加固相結(jié)合的方法，取得了良好的施工效果。

關(guān)鍵詞:資源整合井筒改造聯(lián)合支護錨注加固

中圖分類號:TD353文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)08(a)-0083-02

1 基本情況介紹

萬通源煤礦位于二鋪背斜西北翼，區(qū)內(nèi)整體基本構(gòu)造形態(tài)為單斜構(gòu)造，傾角平緩，一般為7～9°。可采煤層自上而下分別為4、9、11號煤層。目前開采4號煤層，該層位于太原組上段，層位穩(wěn)定，厚度7.50～10.15m，平均8.89m，含有夾矸2～3層，屬穩(wěn)定可采煤層，上距山西組底部K3砂巖約0～4.10m，平均3.00m，下距9號煤層31.85～45.68m，平均37.84m，其頂板為砂質(zhì)泥巖或粗砂巖（K3砂巖），底板為泥巖、砂質(zhì)泥巖或高嶺土。

該修復(fù)斜井傾角為21°，斜長360m，從井口往下150m段均處于表土流沙層中。在相同地質(zhì)條件下的其他井筒在修復(fù)過程中，曾經(jīng)發(fā)生過從井口往下60m段的大范圍冒頂，導(dǎo)致從冒頂處往下1000多米巷道被沙土堵塞，為了防止冒頂事故的發(fā)生，在修復(fù)之前，采取了加強井筒支護的措施，為下一步施工做準備。

2支護形式和礦壓顯現(xiàn)基本特征

(1)巷道斷面為半圓拱形，寬度3.2m，墻高1.5m，主要支護方式為砌碹支護。修復(fù)前，礦壓顯現(xiàn)已經(jīng)非常明顯。具體表現(xiàn)為:巷道變形較大，井筒最小寬度不到2.6m，拱頂和兩幫直墻存在多處小范圍的縱向裂隙，部分地段的拱頂和直墻的砌碹料石有多處剝落，加上長期的水流滲流的影響，直墻有多處向井筒鼓起，礦山壓力傳遞至底板，導(dǎo)致底板凹凸不平。井筒剝落較嚴重的地方一般可發(fā)現(xiàn)原巷道砌碹質(zhì)量不合格，具體表現(xiàn)為碹體厚度偏小，水泥漿體受到水害的影響，已經(jīng)失去粘結(jié)作用，兩幫直墻也在水流的滲流作用下剝落，墻內(nèi)圍巖一般為吸水膨脹的泥巖或高嶺巖，兩幫橫向最大移近量大于600mm，井筒的寬度和高度完全不能滿足下一步的輔助運輸要求。(2)基本來壓方式主要有:一是在礦山壓力作用下，巷道圍巖發(fā)生蠕變變形；二是巖層風(fēng)化造成圍巖強度下降而導(dǎo)致井筒變形加劇；三是圍巖吸水膨脹，打破了原有圍巖—支護體的受力平衡；四是地下水長期滲流碹體，導(dǎo)致砌碹破壞速度加快，圍巖（沙土）因水流的搬運作用不斷流失，加劇了碹體的應(yīng)力集中程度，導(dǎo)致破壞加快。

3 錨注加固支護

3.1 支護原理

錨注加固是采用圓鋼管作為錨桿的一種注漿方式，它是將漿液充填于破碎巖石的孔隙中，將巖塊顆粒膠結(jié)成整體，屬于滲透注漿的理論范疇。錨注加固支護原理主要包括以下三個方面:

(1）提高巖體強度，改善弱面的力學(xué)性能。即提高裂隙的黏聚力和內(nèi)摩擦角，增大巖體內(nèi)部快間相對位移的阻力，從而提高圍巖的整體穩(wěn)定性。(2）形成承載結(jié)構(gòu)。在破碎圍巖巷道中實施注漿加固，可以使破碎圍巖重新膠結(jié)成整體，形成承載結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮圍巖的自穩(wěn)能力。注漿加固后能使普通端錨桿實現(xiàn)全長錨固，從而提高了錨桿的錨固力和可靠性，保證了支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，提高了支護結(jié)構(gòu)的整體性。(3）改善圍巖賦存環(huán)境。軟巖巷道圍巖注漿后，漿液固結(jié)體封閉裂隙，阻止水汽浸入內(nèi)部巖體，防止水害和風(fēng)化，對保持圍巖力學(xué)性質(zhì)、實現(xiàn)長期穩(wěn)定作用明顯。

3.2 錨注加固施工設(shè)計

3.2.1 注漿方案

該方案通過采用錨注施工工藝，對井筒周圍的表土層采用壁后注漿加固處理后，使?jié){液充填圍巖的裂隙，在井筒的外圍形成完整的注漿帷幕，并與圍巖、錨桿支護共同形成有效的承壓組合拱。由于注漿使得井筒外圍組合拱厚度加大，有效地提高了支護結(jié)構(gòu)的承載能力，阻止井筒的變形破壞，從而確保井筒的長期安全使用。注漿采用底腳、幫、頂間隔式注漿。

3.2.2 錨注技術(shù)參數(shù)

3.2.2.1 注漿材料

注漿材料以單液水泥漿為主，水泥采用325#普通硅酸鹽水泥，水灰比為0.7，若單孔注漿壓力小，注漿量稍大，也可在水泥漿中摻加15%～20%的粉煤灰與其均勻攪拌注入，以節(jié)約材料，降低成本；若單孔吃漿量過大時（即水泥用量超過1.5噸），對該孔采用水玻璃和水泥雙液注漿封孔。水玻璃濃度為42-45°Be’，模數(shù)為2.5-3.0，用量為水泥質(zhì)量的3%～5%。

3.2.2.2 鉆孔與錨注錨桿

錨注鉆孔的深度，根據(jù)有關(guān)技術(shù)要求，注漿孔深度:頂和兩幫為2.5米，底腳為2.0米。注漿鉆孔的間排距為1.6m×1.6m。鉆孔布置角度:底腳注漿錨桿與井筒底板成30°—45°，其余錨注錨桿均與井筒周邊輪廓垂直布置，最小角不小于75°。

注漿錨桿采用無縫鋼管制作，兩幫及頂板錨注錨桿為2.0m，底腳錨注錨桿長1.6m，鋼管直徑φ22mm，壁厚為3mm，桿體上每隔300mm均勻鉆出φ6mm注漿孔。管口端車有40-70mm長M22的螺紋和400mm的竹節(jié)扣，管終端呈扁狀，以增加注漿出口壓力。

3.2.2.3 注漿擴散半徑及注漿壓力

注漿擴散半徑按井筒圍巖裂隙考慮，取3.5-4.0m。

注漿壓力，根據(jù)經(jīng)驗值:頂部取1.5-2.0MPa，底腳及兩幫取1.0-1.5MPa。雙液注漿時，把水玻璃與水灰比為0.7的水泥漿混合注入，水玻璃摻加量為水泥重量的3%-5%。當(dāng)注漿壓力超過設(shè)計壓力時，方可封孔停止注漿。

3.2.2.4 現(xiàn)場每桶漿液配制

攪拌桶容積0.39m3，滿桶時:用水300公斤、水泥6袋；2/3桶時:用水200公斤、水泥4袋。

3.2.2.5 鉆眼施工及注漿錨桿安裝

鉆眼采用7655型及YT-27型鑿巖機，鉆頭選用十字形或一字型鉆頭，直徑φ28mm，幫頂鉆眼深度為2.5m，底腳鉆眼深度為2.0米。施工前，按錨注孔的設(shè)計間排距用涂料標出孔位，再按設(shè)計孔深鉆出注漿孔，并隨后用掃眼器將孔清掃干凈。錨注孔施工時，要嚴格按照設(shè)計間排距和角度布置，間排距最大誤差控制在±100mm以內(nèi)，孔深誤差控制在±100mm范圍以內(nèi)，幫、頂部錨桿角度不小于75°，底腳錨桿與底板成30°-45°角。

為滿足注漿錨桿的承壓要求，現(xiàn)場安裝注漿管時，對其錨頭外端馬牙扣處纏繞棉絲（纏繞150-200mm）使其膨脹固定，錨注管露出井筒表面30-40mm。每根錨注錨桿先用水泥封堵后再采用兩卷礦用K2350型樹脂藥卷進行加固封堵，確保錨注錨桿的安裝質(zhì)量。

3.3 注漿

3.3.1 注漿要求

注漿前，先對各連接管路、閥門、設(shè)備等進行檢查后用清水調(diào)定注漿壓力到規(guī)定值。

漿液制作時，嚴格掌握注漿參數(shù)、漿液配比，水灰比和注漿終壓，各項參數(shù)均應(yīng)滿足設(shè)計要求。漿液需充分攪拌均勻，并在放漿口處設(shè)置過濾網(wǎng)，以防結(jié)塊水泥等雜物吸入漿管內(nèi)。

采用自下而上按排距間隔3.2米注漿一遍后再對中間留下的錨桿進行第二次注漿。封孔注漿壓力:頂部取1.5～2.0MPa，底腳、底板及兩幫取1.0～1.5MPa。當(dāng)注漿孔達到設(shè)計終壓后，降低流量10分鐘，即可停機關(guān)閉注漿閥，再開啟泄壓閥后才能換注漿孔。注漿閥待漿液初凝約半小時后，方可拆卸。注漿時，采用速凝劑快速封堵井筒裂隙，阻止?jié){液流出。注漿的孔口閥門應(yīng)待注漿后六小時拆除。拆下的閥門要及時清洗干凈，然后涂抹機油備用。

如果裂縫較大，在初次注漿3～7天后，重新在該孔附近打注漿孔復(fù)注，以保證井筒圍巖內(nèi)漿液擴散均勻。

3.3.2 錨注錨桿布置

將注漿錨桿的間排距均定為1.6m，誤差控制在±100mm之內(nèi)，每排布置8根注漿錨桿:頂板2根、兩幫各1根、兩幫底腳各1根、底板兩根，錨桿安設(shè)角度為:與頂、兩幫、底板垂直，最小角不小于7°，與兩幫底腳成30°-45°。所有注漿錨桿均用K2335型樹脂錨固劑進行固定。

3.3.3 材料消耗

3.3.3.1 錨桿用量

二礦副斜井表土段錨注施工共注漿760根，其中:底板192根，頂、幫及底腳共568根。

3.3.3.2注漿量統(tǒng)計

本次注漿使用水泥351噸，水玻璃10.5噸，速凝劑2.82噸，樹脂錨固劑20箱（礦用K2335型，40支/箱）。底眼注漿共消耗水泥9.5噸，單孔最大水泥用量為50kg，最小42.85kg，平均49.48kg；頂、幫注漿消耗水泥341.5噸，單孔最大水泥用量為2300kg，最小100kg，平均601.23kg，單孔最大注漿量為3.98噸，最小注漿量為0.17噸，單孔平均注漿量為1.04噸。如表1所示。

3.3.4 注漿效果檢驗

拆碹時，通過宏觀觀察，井筒原有碹體已經(jīng)完全被水泥漿充填密實，形成一個整體，粘結(jié)強度很大，碹體外圍的表土層裂隙也被水泥漿充滿，以前滲水較大的地方現(xiàn)在滲水明顯減小，表明本次注漿取得了比較理想的效果。

4 臥底擴幫刷大井筒斷面，拆舊碹砌新碹進行二次錨注加固

4.1 質(zhì)量要求

對巷道變形較大的地方進行挖底清理、拆除舊碹重新砌碹，保證修復(fù)后的井筒凈寬達到3.2m，凈高達到3.7m。

4.2 施工方法

4.2.1 井筒臥底及擴幫

整個井筒進行臥底處理，臥底深度0.6m，對寬度達不到3.2m的區(qū)域進行擴幫。

臥底:從變形井筒與未變形井筒的交接處開始向井口方向敷設(shè)U型金屬支架5架，加強井筒支護。架棚間距為2m，支架底部墊上300mm×300mm的料石，頂、幫間隙用木楔插嚴背實。變形段內(nèi)每臥底1m，打1根帶帽并穿鞋點柱，同時安設(shè)護幫橫撐。每臥底清理1m，打200mm厚反碹，與頂、幫連接成整體。

擴幫:由于井筒從井口向下80m至150m段碹拱出現(xiàn)裂縫，兩幫變形，嚴重鼓起（原寬度3.2m，現(xiàn)在最小寬度2.5m），需要對變形嚴重區(qū)域重新砌碹。方法為:從變形段下部開始，由下往上逐段拆除舊碹，重新砌碹，每次拆碹長度為2m，砌碹長度為1.5m。拆除舊碹時，使用爆破破巖提高施工效率，先拆除一面直墻并重新砌好，加強臨時支護，然后將另一面直墻和碹拱一起拆除，再砌墻，接新碹拱。在拆舊碹過程中，由于圍巖不穩(wěn)定，特別是在水分較大的區(qū)域，經(jīng)常發(fā)生局部冒頂，給施工帶來很大的影響，通過減小拆碹長度，由2m減小到1.8m，砌碹長度也由1.5m減小到1.2m，同時采用圓木和木板護頂，有效保證了整個工程的安全和進度。

4.2.2 二次錨注加固井筒

在原來井筒破壞最嚴重的區(qū)域采用二次注漿，加強井筒自身強度。注漿材料和參數(shù)的選擇同第一次注漿一樣。注漿加固段總長30m，由于該段井筒因為局部冒頂?shù)木壒剩c圍巖存在一定的間隙，注漿時在中部與上部施工兩排注漿眼，每排布置5個注漿眼進行注漿，單孔注漿量控制在20t左右，簡化注漿工序，提高工作效率，取得預(yù)期的效果。

5 結(jié)語

自2010年12月工程完工至今，井筒的頂、底及兩幫穩(wěn)定，無構(gòu)造性裂縫，頂、幫滲水明顯減小。因此，通過架棚臨時支護和噴漿支護相結(jié)合，成功地解決了舊井筒的修復(fù)問題，同時，由于注漿將圍巖由松散結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為膠結(jié)結(jié)構(gòu)，提高了碹體的密實度，有效地阻止了地下水的滲流，對提高井筒的服務(wù)年限起到重要作用。