壁后注漿技術(shù)在平禹煤電公司一礦機(jī)軌合一大巷的應(yīng)用
平禹煤電公司一礦位于禹州礦區(qū)東北部，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力0.6Mt/a,2011年核定生產(chǎn)能力為1.08Mt/a，主采煤層為二1和二3煤層，礦井現(xiàn)生產(chǎn)水平為-200m水平。機(jī)軌合一大巷是礦井東翼技改區(qū)的主運(yùn)輸大巷，其服務(wù)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(fā)育，較為松散，泥巖強(qiáng)度低，在21.3～31.0MPa之間。巷道掘出一段時(shí)間后，因支護(hù)方式和斷面的原因，造成巷道噴射混凝土出現(xiàn)脫層、掉渣現(xiàn)象，影響巷道正常運(yùn)輸和行人安全。為保證巷道完整性，使其發(fā)揮主要運(yùn)輸功能的作用，采取壁后注漿的工藝進(jìn)行加固。1.工程概況
平禹煤電公司一礦機(jī)軌合一大巷巷道斷面17.89m2，凈寬5.2m，凈高4m。巷道支護(hù)采用U36+噴射混凝土支護(hù)，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?jié){液充填和膠結(jié)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(hù)結(jié)構(gòu)的承載能力。而錨注桿將軟弱的直接頂?shù)鯍煊谄渖系膱?jiān)固基本頂上，提高了圍巖的整體強(qiáng)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(shè)計(jì)
本次巷道圍巖注漿加固是與噴射混凝土支護(hù)構(gòu)成聯(lián)合支護(hù)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(jìn)行二次注漿加固。
（1）注漿孔深及間排距
根據(jù)巷道圍巖裂隙發(fā)育的經(jīng)驗(yàn)公式：
…公式（1）
據(jù)對平禹煤電一礦初步調(diào)研，砂質(zhì)泥巖的抗壓強(qiáng)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(jī)軌合一大巷進(jìn)行修復(fù)，是對破裂巖體的固結(jié)，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(jù)注漿量適時(shí)調(diào)整。
（3）注漿時(shí)間及注漿量
注漿時(shí)間是指單孔注漿時(shí)漿液從注入巷道圍巖到結(jié)束所需的時(shí)間，在貫通裂隙面或松散破裂區(qū)，為防止?jié){液擴(kuò)散過遠(yuǎn)或跑漿，在控制注漿壓力的同時(shí)要適當(dāng)減少注漿時(shí)間；在裂隙欠發(fā)育處，漿液流動速度慢，流量小，則適當(dāng)延長注漿時(shí)間，以保證注漿效果，單孔注漿時(shí)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(guān)數(shù)據(jù)代入公式2計(jì)算，每個(gè)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(guān)數(shù)據(jù)代入公式3計(jì)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(gè)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(dǎo)管如圖2所示，安裝時(shí)鋼管外露30mm，用快硬水泥封孔。
（5）注漿材料
為節(jié)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(jù)現(xiàn)場施工漿液的滲透性調(diào)整水灰比，為了保證注漿固結(jié)巷道圍巖的強(qiáng)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(chǎn)生體積收縮，影響其注漿固結(jié)圍巖體的強(qiáng)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(shí)施
（1）鉆注施工
注漿施工過程中，鉆孔必須間隔跳躍循環(huán)進(jìn)行，避免因注漿孔過近而產(chǎn)生竄漿現(xiàn)象。同一斷面的注漿孔先打1～7號孔，并按序號先后進(jìn)行注漿，待注漿結(jié)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(jìn)行打眼注漿，當(dāng)注漿50m后，再進(jìn)行加密注漿。為加快注漿速度，可以采用多臺注漿泵同時(shí)注漿。封孔采用快硬膨脹水泥，提前一班進(jìn)行封孔，確保封孔水泥硬化，保證封孔質(zhì)量。
接通管線，用清水試注，嚴(yán)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(diào)壓閥由小到大調(diào)節(jié)注漿壓力，觀察注漿速度、注漿量、漏漿情況等，調(diào)整注漿時(shí)間，保證注漿效果。
（2）注漿監(jiān)測及質(zhì)量檢查
注漿施工隱蔽性強(qiáng)，應(yīng)加強(qiáng)注漿過程中的監(jiān)測監(jiān)控工作及注漿后的質(zhì)量檢查工作。注漿初期應(yīng)詳細(xì)記錄注漿壓力、注漿量、滲透范圍等參數(shù)變化情況，掌握其規(guī)律，以調(diào)整并確定注漿參數(shù)，指導(dǎo)后續(xù)的注漿工程。注漿后可選擇典型位置復(fù)注漿，觀察注漿情況，同時(shí)進(jìn)行常規(guī)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(diǎn)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(guī)律。
巷道表面位移測站布置如圖5所示，在注漿巷道內(nèi)沿巷道軸向布置兩個(gè)測站，每一個(gè)測站布置兩個(gè)側(cè)面，測站間距100m，每個(gè)測站中側(cè)面的間距1m。
（2）巷道圍巖內(nèi)部變形觀測
通過在頂板和兩幫設(shè)置多點(diǎn)位移計(jì)，觀測巷道頂板和兩幫內(nèi)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(jìn)行觀測，通過聲波測試法或地質(zhì)雷達(dá)測試方法推測注漿對巷道圍巖強(qiáng)度提高效果。
6.設(shè)備及材料
返修巷道注漿加固所需設(shè)備及材料如表所示。
設(shè)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(jī) JBJ-300 2臺
3 注漿管 φ22 mm×2000mm
4 止回閥 Ф22 mm國標(biāo)
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(yīng)用效果
平禹一礦機(jī)軌合一大巷壁后注漿加固巷道工期7個(gè)月，共注入水泥2116t，解決了巷道變形嚴(yán)重、噴射混凝土破壞、底鼓嚴(yán)重等問題，現(xiàn)注漿工程結(jié)束已4個(gè)月，機(jī)軌合一大巷巷道未出現(xiàn)裂縫、掉塊及變形現(xiàn)象，達(dá)到了降低巷道維修成本、加固巷道和消除巷道支護(hù)安全隱患的目的。通過此次壁后注漿工藝的實(shí)施，保守計(jì)算，每年減少巷道維修量800m，年節(jié)約巷道維修費(fèi)用400萬元左右，降低了成本的同時(shí)，提高了巷道的支護(hù)強(qiáng)度，增強(qiáng)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(zhì)條件復(fù)雜巷道的支護(hù)問題，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
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