壁后注漿技術在平禹煤電公司一礦機軌合一大巷的應用

壁后注漿技術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，設計生產能力0.6Mt/a,2011年核定生產能力為1.08Mt/a，主采煤層為二1和二3煤層，礦井現生產水平為-200m水平。機軌合一大巷是礦井東翼技改區的主運輸大巷，其服務年限較長。巷道布置在二1煤層頂板10m以上的泥巖中，圍巖層理發育，較為松散，泥巖強度低，在21.3～31.0MPa之間。巷道掘出一段時間后，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，使其發揮主要運輸功能的作用，采取壁后注漿的工藝進行加固。
        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育的經驗公式： 
        …公式（1）
        據對平禹煤電一礦初步調研，砂質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阻力，注漿壓力不宜過多，一般在1～2.5MPa，并在施工中根據注漿量適時調整。
        （3）注漿時間及注漿量
        注漿時間是指單孔注漿時漿液從注入巷道圍巖到結束所需的時間，在貫通裂隙面或松散破裂區，為防止漿液擴散過遠或跑漿，在控制注漿壓力的同時要適當減少注漿時間；在裂隙欠發育處，漿液流動速度慢，流量小，則適當延長注漿時間，以保證注漿效果，單孔注漿時間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）
        將有關數據代入公式2計算，每個注漿孔需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
        注漿管采用無縫鋼管制作, 鋼管直徑φ22mm, 壁厚為2.5mm, 桿長2m，桿體上每隔200mm 均勻鉆出φ8mm 注漿孔，一周3個孔，不在同一圓周上，管口螺紋M22，螺紋長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，水灰比不宜過多，采用摻入高效減水劑提高水泥漿液的流動性和滲透性，降低漿液的水灰比。高效減水劑摻量是水泥的0.7%～1%；水泥在水化硬化過程中要產生體積收縮，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. 方案實施
        （1）鉆注施工
        注漿施工過程中，鉆孔必須間隔跳躍循環進行，避免因注漿孔過近而產生竄漿現象。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進行打眼注漿，當注漿50m后，再進行加密注漿。為加快注漿速度，可以采用多臺注漿泵同時注漿。封孔采用快硬膨脹水泥，提前一班進行封孔，確保封孔水泥硬化，保證封孔質量。
        接通管線，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，開泵注漿，通過調壓閥由小到大調節注漿壓力，觀察注漿速度、注漿量、漏漿情況等，調整注漿時間，保證注漿效果。
        （2）注漿監測及質量檢查
        注漿施工隱蔽性強，應加強注漿過程中的監測監控工作及注漿后的質量檢查工作。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，觀察注漿情況，同時進行常規的礦壓觀察、深孔位移和聲波測試，分析判斷注漿效果。
        5.巷道礦壓觀測
        （1）巷道表面位移觀測
        巷道的表面位移測點布置如圖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測站，每一個測站布置兩個側面，測站間距100m，每個測站中側面的間距1m。
        （2）巷道圍巖內部變形觀測
        通過在頂板和兩幫設置多點位移計，觀測巷道頂板和兩幫內部變形情況；
        （3）巷道注漿效果觀測
        通過鉆孔窺視方法對注漿前后圍巖裂隙充填情況進行觀測，通過聲波測試法或地質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 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、底鼓嚴重等問題，現注漿工程結束已4個月，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。通過此次壁后注漿工藝的實施，保守計算，每年減少巷道維修量800m，年節約巷道維修費用400萬元左右，降低了成本的同時，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、地質條件復雜巷道的支護問題，取得了明顯的經濟效益和社會效益。

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