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东庞矿区应力集中区域注浆加固工艺

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摘 要:依实际资料,选取合适的注浆方案,优化注浆参数,成功加固深部采区轨道巷,降低了成本。经实践证明,这是一种应力集中区域加固效果较好的工作方法。

关键词:应力集中 注浆 加固 工艺

中图分类号:TD355 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2014)05(c)-0079-01

东庞矿深部水平作为矿井生产的主力,面临着地压增大、应力分布密集、顶板破碎等问题,研究探索一些经济、实用、快速、有效的手段对局部应力集中区域进行加固,对矿井生产有着积极的作用。

11采区轨道巷外段有11采区避险硐室、充电硐室,区域内巷道纵横交错,应力分布密集,出现巷道顶帮喷体开裂、变形,巷道底板底鼓的现象,已影响到轨道巷及两个硐室的正常使用。考虑到以后21114工作面回采的动压影响及硐室、轨道巷用途的重要性,需对11采区轨道巷及充电硐室共计295 m巷道围岩提前进行锚注加固。

1 加固方案

通过注浆,可使浆液渗入裂隙,把裂隙两面的岩石粘结在一起,从而大大提高岩层的整体强度性能。根据注浆材料的不同,有三种可供选用的方案:(1)水泥注浆即浆液材料以水泥为主,包括添加其他少量的附加剂。(2)粘土注浆即浆液材料以粘土为主,包括粘土和水泥浆。(3)化学浆液即浆液材料以化学药液为主。

针对本区域的顶底板条件,经过反复分析比较后,确定实施成本最低、效果尚可的第一方案,即水泥注浆即浆液材料以水泥为主,添加水玻璃。水泥选用32.5 MPa普通硅酸盐水泥,水玻璃为40波美度,模数2.8~3.2。

1.1 注浆参数选择

(1)压注参数设计

①注浆压力:巷道顶、帮浅部注浆压力为3 MPa;巷道底板锚索孔注浆压力为6~6.5 MPa。

②注浆扩散半径R=(γgha/2s+a)β

式中:γ为水的容重,g为重力加速度,s为浆液剪切强度,h为注浆压力,a为岩层的间隙等值半径,β为时间系数。

实际施工时通过调整浆液的胶凝速度、渗透性和注浆终压,保证实际有效扩散半径不小于2.5 m。

③单孔吃浆量Q=AπR2LnB

式中:A为损耗系数,R为有效扩散半径,L为注浆段长,n为开口孔隙率,B为浆液充填系数。

(2)注浆材料配比参数设计

①水泥浆的水灰比应控制在(0.75~1): l。

②水玻璃浓度一般应控制在20 Be’,水泥浆与水玻璃之比应控制在1:(0.1~0.3),用于跑浆时。

1.2 巷道顶、帮注浆孔布置参数

巷道顶、帮注浆孔孔深3.0 m,一排7个孔,排距4 m,其中正顶1个,顶板两肩部各1个,两帮各2个。295 m范围共布置74排计518个孔。浅部注浆孔孔径φ42 mm,孔深3.0 m。

1.3 底板组合锚索布置参数

(1)底板锚索参数:锚索选用直径为Φ15.24 mm的钢绞线3根编为一束大锚索。沿巷道方向相邻两根组合锚索用12#槽钢梁(长5 m,垫100×100×10 mm三孔托盘)连接。锚索长度为8.3 m。

(2)锚索布置参数:组合锚索排距4.6 m,每排2根交错布置,孔距2.2 m。295 m加固范围布置65排130根组合锚索。

(3)锚索孔结构:锚索钻孔孔径为φ89 mm;孔深8.5 m(孔底岩粉沉积约0.5 m)。

2 工程施工

2.1 前期准备

首先,现场准备好施工机具,包括潜孔钻机、锚杆机、注浆泵、搅拌机等。其次,现场准备好风水管路,确保风压不低于0.5 MPa,风量不低于30 m3/min、水压不低于0.4 MPa,水量不低于30 m3/h。

2.2 钻孔施工

(1)钻机:采用MQT-130/3.0C2型锚杆机、φ42 mm钻头施工顶、帮注浆孔;采用MKQJ90/25型潜孔钻机、φ89 mm钻头施工底板组合锚索孔。

(2)质量:施工角度误差小于5°,间距误差小于200 mm,孔深误差小于100 mm。可根据现场实际情况适当调整。

2.3 顶、帮注浆

(1)采用双液注浆系统,主要设备有注浆泵、水泥搅浆机、储浆池、吸浆桶等。

(2)注浆管安装

首先注浆管上缠绕适量的棉丝或水泥袋,然后在注浆管尾部安上专用安装器接在锚杆机上,用锚杆机将注浆管顶入孔中,外露75±25 mm。

(3)水泥注浆主要工序

制输浆:采用机械制浆,水灰比为0.75~1:1,水玻璃浓度由40Be’稀释成20 Be’,水玻璃用量一般为水泥浆用量的10%~30%。注浆泵排浆端采用φ19 mm高压胶管输送。

压注:采用双液注浆。根据压注设备的初始排量,压注过程中要时刻注意观察注浆孔周围巷帮情况,发现跑浆应及时处理。同时密切注意注浆泵的工作状况,发现异常立即处理,各孔浆液的浓度控制原则均为先稀后浓。一般情况下,注浆压力升至设计注浆压力并维持5 min即可结束注浆。

2.4 底板组合锚索施工

(1)底板组合锚索钻孔施工

施工前,首先按设计要求,选好孔位固定好钻机,用φ89 mm钻头打孔至设计孔深8.5 m。如果巷道底板破碎,无法成孔时,则钻进3 m后下4分注浆管进行注浆,24 h后再重新打孔至设计深度。

(2)底板组合锚索安装施工:

①将编好的每组大锚索分别顺直插入施工好的钻孔中直至孔底,然后从孔底反灌水泥浆20 L,当中水泥浆的水灰比为0.6:1。

②之后用钻杆下4分×3 m长注浆管,首先用16号铁丝将注浆管固定于锚索上并可上下移动,然后将其推入钻孔,外露500±50 mm,之后封孔。

③封孔完毕后通过注浆管对巷道底板深部进行注浆,同时实现底板组合锚索全长锚固,注浆压力4~6 MPa。

④注浆5 d后,可上槽钢梁并逐根涨拉锚索至100 KN。

3 结语

11采区轨道巷、充电硐室295 m范围巷道锚注加固共消耗水泥350 t,水玻璃30 t。取得了较好的加固效果且经济效益比较明显,是加固局部应力集中区域一种经济、有效手段。

参考文献

[1] 王国际.注浆技术理论与实践[M].徐州:中国矿业大学出版社,2000.

[2] 张农.巷道滞后注浆围岩控制理论与实践[M].徐州:中国矿业大学出版社,2004.