深井軟巖巷道錨注支護技術研究

陳昭征

(貴州魯中礦業有限責任公司,貴州畢節 551700)

深井軟巖巷道錨注支護技術研究

陳昭征

(貴州魯中礦業有限責任公司,貴州畢節 551700)

深井軟巖巷道支護問題一直是困擾我國煤礦的技術難題。本文針對其圍巖破壞特點,提出以注漿錨桿為核心的錨注支護體系,井下試驗結果表明,錨注支護改善圍巖內部結構、發揮圍巖自承能力、提高巷道的穩定性,技術經濟效益十分顯著。

深井軟巖巷道 錨注支護 工業性試驗

1 前言

隨著礦山開采深度的加大,軟巖巷道支護問題日益嚴重。如采用不合適的支護方法,巷道圍巖變形會越來越大,最終導致巷道破壞,嚴重影響了礦山的安全生產,因此,探索合理的軟巖巷道支護方式成為目前的重要研究課題。近年來,相關的專家和學者對軟巖巷道、軟弱圍巖巷道支護問題展開了研究,提出了錨注支護等新型的支護方式[1～4]。本文以貴州某礦運輸大巷為例,探索以注漿錨桿為核心的錨注支護體系在運輸大巷支護中的應用,以解決軟巖巷道圍支護難題。

圖1 錨注支護結構圖

圖2 注漿錨桿結構

2 工程概況

運輸大巷支護試驗段已經多次修復,全長280m,距離上部煤層23～25m,圍巖巖性主要為砂質泥巖,該泥巖呈褐色,極為破碎,塊狀結構,遇水易崩解,富滑面,易冒落,厚度5～15m,其上為5m厚粉砂巖及泥質砂巖。底板為灰黑色粗砂巖。分析整個試驗段的為圍巖力學特性,試驗段巷道屬于典型的軟巖巷道。

3 支護方案

根據試驗段巷道的工程地質條件,決定采用錨、繩、噴、注聯合支護體系,這種支護在圍巖極為破碎、巷道掘進或翻修時的情況下使用,對于頂板巖層非常破碎,隨掘隨冒地段,采用超前錨桿控制頂板。其支護結構如圖1所示。

(1)注漿錨桿選用外徑D=21.5mm,壁厚δ=3.0mm冷拔無縫鋼管,布置間排距為1500×1500mm;(2)普通錨桿使用φ20mm的螺紋鋼,規格為一個樹脂錨固劑端錨,錨桿長2250mm,錨固力為70kN,間排距750mm×750mm;(3)在錨桿上掛鋼絲繩,鋼絲繩采用廢舊鋼絲繩(φ6mm×2m),并用規格為110×110×10mm的拱形托板將鋼絲繩拉緊、壓實;(4)噴射混凝土強度等級為C20,初噴層厚80mm,復噴層厚70mm,配合比1:2:2。

4 注漿錨桿結構與錨注施工工藝

4.1 注漿錨桿結構

注漿錨桿由錨桿桿體、托板、螺帽等組成,結構如圖2所示,注漿錨桿選用外徑D =22mm,壁厚δ=3.0mm冷拔無縫鋼管制作,長1500mm,為便于注漿,在錨桿上鉆有交叉布置的8個φ8mm注漿孔,錨桿端部切有M22細牙螺紋,螺紋長100mm。

4.2 注漿材料

采用水泥水玻璃單液漿,水灰比一般取1:1～1:0.7。水玻璃摻量為水泥重量的3%～5%,水泥使用32.5R或42.5R礦碴水泥或普通硅酸鹽水泥,水玻璃一般取40°～45°Be,一般初凝時間為2～3h,可通過水玻璃摻量和濃度來調整初凝終凝時間。對于有淋水的工作面可采用水泥水玻璃雙液漿,其體積比為1:1。對于含有遇水膨脹粘土礦物如鈉蒙脫石等的松軟巖體,注漿則應選用非水溶性化學漿液,如PM這類非水溶性聚氨酯漿液。這種漿液遇水凝固且微膨脹,如大范圍大面積注漿可采用價格低廉的高水速凝材。

4.3 錨注施工工藝

圖3 巷道表面位移觀測曲線

注漿錨桿施工工藝主要包括以下幾點:(1)施工鉆孔:鉆孔施工采用風鉆,在煤層中采用煤電鉆孔。(2)安裝錨桿:使用人工將注漿錨桿送至孔底。(3)封孔止漿:采用軟木止漿塞封孔,對于破碎圍巖、鉆孔孔口不規整的封孔,為防孔口漏漿,可在軟木止漿塞外圍纏繞2～3層黃麻,也可用再生橡膠塞或快硬水泥藥卷等止漿。(4)注漿:注漿施工采用了TBW 50/15型泥漿泵和KBY 50/70型注漿泵,注漿管路采用φ25mm高壓膠管及多層膠管,其他配件按設計加工,應保證管路連接安全、快速、可靠。將注漿管路與內注式錨桿連接好,進行注漿作業,每孔注漿時間為3～5min,可多孔同時注漿。(5)錨桿托盤安裝:在安設托盤前,拆下孔口閥,然后,用工具緊上螺母。

4.4 注漿施工工藝

注漿施工工藝流程主要包括三個步驟:第一步為拌漿與運料,按規定水灰比,將水泥與水拌制水泥漿,為了保證注漿的順利實施,不發生堵塞,注漿前加入定量的水玻璃,并根據實際工程需要調整漿液參數。第二步為注漿泵的控制,根據巷道注漿變化情況,時刻注意注漿泵的注漿壓力的變化,壓力過大時即停注漿泵,避免發生堵塞崩管現象。第三步為孔口管路連接,隨時觀察注漿情況,掌握好注漿量及注漿壓力,通過及時拆除和清洗注漿閥門,避免漏漿、堵管等事故的發生。

5 支護效果分析

如圖3所示,在試驗段巷道共布置3個表面位移測試斷面,測試結果如下:(1)測站Ⅲ的兩幫位移最大相對位移為13mm,頂板位移為16mm。(2)巷道錨注后兩幫平均變形速率僅為0.266mm/d,頂底平均變形速率僅為0.365mm/d。(3)錨注加固4個月后,圍巖變形趨于穩定。可見錨注支護有效有提高了支護結構的整體性和承載能力,能夠有效控制軟巖巷道的大變形,保證礦井的正常生產。

6 結語

(1)根據原巷道變形破壞情況,提出了錨注聯合支護方案,(2)通過軟巖巷道支護試驗,能夠有效控制軟巖巷道圍巖的變形破壞,增強巷道穩定性。(3)錨注支護技術的實施可為我國軟巖巷道治理,確保礦井安全生產提供了一條行之有效經濟合理的技術途徑。

[1]康紅普,林健.煤巷錨桿支護成套技術在潞安礦區的應用[J].煤炭學報,2001,26(增刊):106～110.

[2]何滿潮,景海河,孫曉明等.軟巖工程力學.科學出版社,2002.

[3]王連國,李明遠.大斷面軟巖巷道交岔點錨注修復加固技術[J].煤炭科學技術,2000,28(7):29～30.

[4]朱偉,高延法.錨注支護技術在高應力裂隙圍巖巷道控制中的應用[J].煤礦安全,2006,(4):32～34.

陳昭征,山東泰安人,本科,工程師,現供職于貴州魯中礦業有限責任公司。