軟巖巷道圍巖注漿加固中注漿參數現場應用

張永琴 賈正奎

摘要：通過現場試驗，針對軟巖巷道圍巖注漿加固中注漿參數得選擇，提出了適應于軟巖巷道圍巖的注漿參數。結果表明：1）采用單液水泥漿，水灰比1：1，遇到特殊異常施工情況，可采用水泥-水玻璃雙液漿或化學漿;（2）注漿之前首先需利用數值模擬對擬注漿圍巖進行理論分析，得出最佳注漿壓力。其次，注漿時進行現場實測的手段觀察巷道圍巖得變化。（3）針對巷道實際情況對注漿量進行了估算，估算值與實際注漿量相當。

關健詞：注漿技術;高應力;圍巖;變形

隨著社會與經濟的高速發(fā)展，對能源的需求的也日益增長，由此帶來資源的開采也不斷地在向深部發(fā)展。然而在深部開采資源，受埋深的影響，深部開采與淺部開采相比其礦壓顯現規(guī)律會發(fā)生極大變化，如：對深部巷道圍巖來說，復雜的地質條件和高地應力場，常造成巷道圍巖發(fā)生嚴重的變形破壞，常規(guī)的支護手段無法維持巷道圍巖的穩(wěn)定。針對煤礦巷道破碎圍巖支護方法，國內外科研工作者進行了大量的科研，目前有許多支護理論及技術，比如松動圈理論、 聯合支護理論、錨索網支護技術等[1-8]，這些理論和技術的研究對保障深部開采資源時巷道圍巖穩(wěn)定性起到了重要作用。但是，在深部開采資源，受埋深的影響，深部開采礦壓高，巷道圍巖極易呈現嚴重破碎、圍巖松散等情況時，此時再用傳統圍巖加固支護方法對齊進行加固，其加固的效果不理想。要想加固后的巷道圍巖形成穩(wěn)定的承載結構，就要結合實際情況可以采取注漿加固技術，將巖體膠結成一個整體，使巖體按照工程需求形成強度高、穩(wěn)定性高和新結構體[4-12]。

本文采用現場試驗的方法，研究注漿加固技術參數的選擇，期望得到有益于類似礦井圍巖加固工程的應用。

1工程概況及處治方法

1.1地質條件

實驗礦巖性以泥巖、凝灰?guī)r、凝灰質泥巖為主，巖性極軟，且受周邊F3大斷層及次級斷層影響，巖層受擠壓情況嚴重，遇水垮落，致使支護難度較大。

1.2巷道變形情況

實驗巷道圍巖利用11#工字鋼、U29型可縮性支架進行支護，但是圍巖變形較大，局部范圍頂板下沉量達300—400mm，兩幫移近量為600—800mm，支架變形較嚴重，特別是支架腿子已完全脫離幫壁，無法滿足后期需要。

1.3處治方法

為避免后期使用過程中頻繁維修巷道，結合同類礦井支護經驗，決定采用超前注漿支護方案。圍巖注漿方案按照分次、多次注漿順序進行。首先進行淺部注漿封閉，深部注漿加固的原則，注漿材料以水泥漿為主、配合水玻璃混合注漿，提高注漿加固效果。其次，注漿加固后進行擴幫維修滿足巷道斷面的使用要求，然后打設注漿錨索對巷道圍巖進行加固，保持巷道圍巖的整體完整性，保證巷道在使用期間不會發(fā)生太大的變形。

2 注漿參數的選擇

2.1注漿材料的選擇

目前，國內外用于注漿加固的材料種類很多，但從材料的性質上主要分兩大類：顆粒型漿材和溶液型漿材。應根據注漿的目的、漿材性質、及造價等因素選擇適宜的漿材及漿液配比。

典型的顆粒型硅酸鹽類水泥漿材，具有結石強度高、耐久性好、材料來源豐富、工藝設備簡單、成本低、注漿設備品種齊全等特點，所以在各類工程中得到廣泛應用。但這種漿液容易離析和沉淀、穩(wěn)定性較差，并且由于其顆粒度大，使?jié){液難以注入巖層的細小裂隙或孔隙中，擴散半徑較小，凝結時間不易控制。適用于要求強度高，松散、離層明顯的破碎體加固。

化學漿液可注性好，能注入土層中的細小裂隙或孔隙。但目前常用的化學漿液性能差異大，用于永久性工程加固的化學材料必須具有較高的結石體強度，以提高加固后的圍巖抗變形能力。具備此類性能的化學材料種類有限，包括環(huán)氧類和不飽和聚酯類注漿材料，大量使用將直接導致工程成本大量增加。

本次注漿加固的目的是嚴格控制圍巖的變形，要求注漿結石體應具有較高強度，抗變形能力強。根據注漿材料特點，結合現場圍巖條件，初步確定本工程注漿加固主要采用水泥注漿材料。

正常注漿使用525#（42.5MPa）普通硅酸鹽水泥，配合水泥注漿添加劑XPM配制漿液。大范圍漏漿時間歇注漿或壓注水泥水玻璃雙液漿堵漏。

水泥漿：

添加劑配比：使用XPM添加劑，添加劑用量為水泥重量的8%～10%。

水灰比：使用XPM添加劑，水泥漿的水灰比0.8∶1～1∶1（根據現場注漿情況在小范圍內調整）。

水泥-水玻璃配比：使用水泥-水玻璃雙液漿時，水泥漿配比不變。水玻璃濃度48～55Be’（根據現場情況進行調整），模數M=2.8-3.2。水泥漿和水玻璃的體積比1∶0.4～1∶1。

圍巖注漿加固主要采用單液水泥漿，水灰比1：1，遇到特殊異常施工情況，可采用水泥-水玻璃雙液漿或化學漿，水泥-水玻璃雙液漿比例為1：0.5，AB料的比例為1：1。漿液材料具體配比見表1。

2.2注漿量的確定

從保證破碎帶被充填密實出發(fā)，注入的漿液應盡量保證裂隙被充填滿，原則上做到不進漿為止。由于破碎帶受地質構造及采動影響其圍巖裂隙發(fā)育，工作面圍巖巖性差異，工作面圍巖吸漿量差別較大，本著既加固破碎帶，達到一定擴散半徑，又節(jié)省材料和注漿時間的原則，在低壓淺孔注漿時，一般以注漿時返漿作為停止注漿標準，以此統計注漿量。為了獲得良好的注漿加固效果必須注入足夠的漿液，確保漿液有效擴散半徑。注漿量往往成為注漿工程結束標準的指標，在進行注漿設計時，要想把注漿量計算得比較準確是困難的，單孔注漿量可用下式來估算：

式中： A為損耗系數，R為有效擴散半徑，L為注漿段長，n為開口孔隙率，B為漿液充填系數。

實驗對象運輸大巷為直墻半圓拱巷道，由于采用深淺孔注水泥漿法進行圍巖注漿，注漿孔孔深為7.5m，結合注漿孔布置方案得出注漿范圍區(qū)域分布示意圖，如圖1所示。

2.3注漿壓力的確定

進行圍巖加固注漿時，注漿壓力的大小對圍巖最終強度有較大影響。壓力太小就不能平衡圍巖壓力反而導致圍巖地層變形甚至會產生“劈裂現象”造成圍巖垮塌因此，注漿之前首先需利用數值模擬對擬注漿圍巖進行理論分析，得出最佳注漿壓力。其次，注漿時進行現場實測的手段觀察巷道圍巖得變化。

3效果

根據注漿參數的優(yōu)選施工，現場注漿沒有發(fā)生圍巖二次變形得現象，說明該注漿參數選擇合理能達到預期效果。

4結論

通過對注漿材料的選擇、注漿時注漿量、注漿壓力等參數的確定，注漿時沒有出現圍巖垮塌等失穩(wěn)想象。

參考文獻：

[1] 安曉鵬. 水泥基材料性能的電化學研究[D].長沙：湖南大學，2012.

[2] 采動覆巖應力變化規(guī)律分析[J]. 孫志強. 能源與環(huán)保. 2019（09）.

基金項目：重慶工程職業(yè)技術學院自主課題重點項目（項目號：KJA201802）

作者簡介：張永琴（1978-），女，博士研究生，講師，主要從事巖石力學與工程研究、安全與職業(yè)健康研究方面的工作。