斷層破碎帶巷修注漿加固技術

趙以保

【摘 要】為了完善斷層破碎帶巷道維修方法，以注漿加固理論為基礎，通過注漿材料配比實驗，分析不同體積配比條件下，水泥水玻璃與凝固時間、抗壓強度的關系，確定水泥水玻璃體積比為1∶0. 4的注漿加固最佳配比方案。根據現場實際情況，提出了利用注漿加固技術、U 型鋼梁棚和噴射混凝土相結合的巷道維修方案，成功解決了現場問題。該研究對于類似礦井的斷層破碎帶巷道維修具有借鑒意義。

【關鍵詞】斷層;破碎帶;巷道維修;注漿加固

引言

斷層破碎帶應力分布比較復雜，易形成高應力集中區，圍巖非常破碎且極易垮落，在巷道掘進過程中極易片幫冒頂，巷道形成以后由于斷層破碎帶的影響，受力大，變形顯著。因此，斷層構造帶巷道支護及維修技術一直是煤礦行業研究的難點和重點。目前，圍巖控制技術的關鍵是，通過一定的手段改善圍巖的狀態，充分利用圍巖自身的強度保持支護系統的穩定性。注漿作為改善巖土狀態的重要技術，能夠在原位對巖土體進行加固和改性，使一定范圍內的巖體成為支護結構不可分割的一部分，從而充分利用巖體本身的強度，較好地解決一些巖土工程穩定問題，因此，在巖土工程界得到廣泛運用。注漿技術能夠有效控制圍巖變形，顯著改善支護效果，20世紀80年代以來，在煤礦軟巖巷道維護中的應用也受到關注。

目前，斷層破碎帶常用的維護方法有“錨、網、鋼帶”聯合支護、錨網梁索、全長錨固注漿錨索支護等。筆者采用注漿加固技術，通過對注漿材料水泥和水玻璃不同配比的實驗研究，得出了最佳配比方案，并結合某礦斷層破碎帶巷道維修現場實際情況，應用該注漿配比提出了合理的支護注漿方案，其結果對類似礦井具有理論意義和實際應用價值。

1注漿加固原理及水泥水玻璃配比

1.1注漿加固破碎煤巖體原理

破碎煤巖的注漿加固過程中，漿液在泵壓的作用下擠壓或滲透到破碎煤巖的裂隙中去，漿液固結后，以固體形式充填在裂隙中并與巖體固結。這些充填的材料在巖體內形成新的網絡骨架結構，注漿后的巖體增加了由加固材料形成的漿脈。漿脈在巖體中呈薄厚不一的片狀或條狀，但均相互聯系形成網絡骨架，網絡骨架內側則是均勻密實的巖體，形成網絡骨架的充填材料具有較好的彈性黏結強度。注漿可以提高圍巖的物理力學性質，使得圍巖自身強度提高，承載能力加強。

1.2水泥水玻璃配比實驗

注漿材料大體分為無機系和有機系兩大類，而在日常使用中，一般又分為水泥漿材和化學漿材兩大類。水泥漿材結石體強度高、造價低廉、材料來源豐富、漿液配制方便、操作簡單，是使用量較大的漿材。綜合考慮煤礦經濟效益，選取水泥漿材作為主要充填原料。水泥-水玻璃漿液是以水泥和水玻璃為主劑，兩者按一定的比例以雙液方式注入的注漿材料。這種漿液可以克服單液水泥漿的凝結時間長、不易控制、結石率低等缺點，提高水泥注漿的效果，擴大水泥注漿的適用范圍。注漿過程中，當希望漿液滲透或擴散半徑（或距離）較大時，要求漿液的凝結時間或凝膠時間足夠長。當有地下水運動時，為防止漿液過分稀釋或被沖走，要求漿液在注入過程中速凝。另外，在加固工程中，為減少瞬時沉降，也希望縮短水泥漿液的凝結時間。水泥、水玻璃體積比不同所得的單軸抗壓強度、凝膠時間不同。

2注漿方案

2.1注漿工藝

首先按照注漿孔斷面布置要求，打設注漿孔，然后將封孔器與注漿管一同插入鉆孔，并固定封孔器，再將注漿接頭連接到注漿管上，啟動注漿泵，通過觀測注漿效果來控制注漿泵的開停，停泵后及時撤下連接頭，然后進行下一組注漿。為了提高注漿速度，可以先后給幾個注漿孔安裝注漿管和封孔，然后統一注漿。注漿時嚴格按照漿液配比，采取先控制巷道兩幫，再集中巷道頂板的方式進行，完成幫部注漿后再進行拱部注漿以加固斷層冒落區深部巖層，并以此為一個注漿循環。在注漿過程中，要時刻觀察注漿孔附近頂板、幫壁情況，如果有漿液從幫壁或頂板滲出，立即將注漿泵風量調小，減小注漿壓力，并用棉紗封堵頂板及幫壁的滲液孔，然后繼續正常注漿。注漿孔中所注入的漿液量根據現場注漿情況而定，一般至注漿孔注滿為止。完成一個循環后重復以上操作進行第二個循環。

2.2注漿設備

注漿所用機具以注漿泵為主，按注漿泵的漿液混合方式分單液注漿和雙液注漿。單液注漿是指所有注漿材料經充分混合反應后，用單液注漿泵壓注到巖體中的注漿過程。雙液注漿是指兩組分注漿材料分別置于注漿泵的兩個料桶中，再壓注到巖體的過程中進行混合反應的注漿過程。結合井下實際情況，采用錨注施工注漿泵，根據漿液配比的要求，使用QZB-60型氣動雙液注漿泵和氣動水泥漿攪拌罐。供風壓力為0.5～6.0MPa，便于注漿壓力調整，以有效控制漿液的擴散半徑。

2.3輔助施工

注漿液在一定時間后強度才能達到要求，結合實驗設定為3天，3天以后方可進行原巷道U型鋼梁棚拆除工作。為了保證安全，拆除鋼梁棚時，必須徹底拆完一架之后，架設好一架，并進行掛網，與此同時，進行開幫、挑頂。距離U型鋼梁棚架設及掛網完畢位置10 m后，噴射一層柔性混凝土，封閉圍巖，防止圍巖表面風化。

3注漿效果分析

按照注漿支護方案，注漿后巷道圍巖得到加固。破碎巷道在注漿加固后，斷面得以有效擴大，滿足了現場通風要求，注漿后效果明顯。現場跟蹤觀察結果表明，斷層冒落區已注漿完畢的巷道頂板圍巖穩定，巖體在漿液的作用下已被填充并黏結成為一體，整體性較好。通過注漿封堵了圍巖的裂隙，隔絕了空氣，防止圍巖風化，提高了圍巖自身強度。注漿管注漿后相當于全長錨固錨桿，將松散破碎的圍巖膠結成整體，從而將多層組合拱聯成一個整體，共同承載，提高了巖體的內聚力、內摩擦角及彈性模量，從而提高了巖體強度。注漿后裂隙得到充填，圍巖完整性提高，這樣保證荷載能均勻地作用在巖體和支架上，避免出現應力集中點而首先破壞。注漿使得支護結構面尺寸增大，圍巖作用在支護結構上的荷載所產生的彎矩減小，從而降低了支護結構中產生的拉應力和壓應力，因此，提高了支護結構的承載能力，擴大了支護結構的適應性。

4結束語

通過實驗研究水泥和水玻璃最佳配比，并結合工礦斷層破碎帶巷道實際情況，應用圍巖注漿加固技術進行巷道修復，得到如下結論：

（1）水泥水玻璃漿液體積比不同，凝膠時間不同。在漿液體積比一定的條件下，凝固后的漿液物的抗壓強度隨著時間增大而增大。水泥水玻璃體積比為1：0.4的配比方法較合理。

（2）在斷層破碎帶巷修時，幫頂注漿孔注漿一定要注意先后順序，先注幫孔，最后注頂板孔，這樣有利于注漿穩固帶從下到上形成，便于控制漿液擴散半徑。

（3）注漿管長度可以根據巷道斷面加工成長短不等的幾種，短的注漿管壁四周不打漿液擴散小眼，安設時裝在鉆孔外部，這樣有利于挑頂擴幫，保證巷道斷面的要求。注漿管直徑可以根據巷道破碎情況設定，破碎嚴重時其直徑可以增大，反之減小。

參考文獻

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