深井软岩巷道围岩加固技术研究及应用_侯君朝(1).pdf

煤矿现代化2019 年第 6 期总第 153 期 1工程概况 玉溪煤矿进风立井马头门底板标高 320m， 距离 地表垂直距离 600m，巷道长 26m，工作面以泥岩为 主， 是连接进风立井和井底车场之间的巷道。巷道施 工完成后出现变形破坏的现象， 随着时间推移， 变形 量持续增大， 局部帮顶大块混凝土掉落， 严重影响玉 溪煤矿正常运输及行人安全。 因此，通过对玉溪煤矿马头门加固技术进行研 究， 制定科学合理的加固支护技术， 解决巷道一次支 护后围岩变形控制难题， 对玉溪煤矿持续安全高效生 产具有巨大的现实意义。 2巷道反复变形的原因分析 结合现场巷道支护现状、 围岩变形破坏调查和窥 视情况综合分析， 造成马头门失修主要因素有 1 ）进风井马头门底板标高 320， 距离地表垂直 深度达 600m，埋层深、应力大；马头门最大断面达 36.6m2，且位于井筒与井底车场交接处，巷道周围 50m 范围布置有进风井北车场、 回风井北车场、 西线 联络巷、 车场联络巷等巷道， 应力集中。 2 ）马头门围岩以泥岩为主， 遇水易膨胀， 稳定性 差； 四邻巷道采用钻爆法施工， 受爆破扰动影响， 巷道 裂隙发育。 3 ）马头门钢筋混凝土支护方式为刚性支护， 围 岩稍有变形很容易造成混凝土开裂， 进一步发展就会 产生脱落， 削弱支护效果； 马头门施工后未及时进行 铺底， 为地应力释放提供缺口， 加剧围岩破坏。 在这些因素综合影响下，巷道围岩持续变形， 裂 隙由浅入深不断扩展， 原有支护承载结构的承载能力 持续降低， 最终导致巷道支护失效， 巷道失稳破坏。 3围岩加固方案的确定 3.1设计原则 巷道典型特征是埋层深、 地应力大、 围岩软、 裂隙 发育， 单一的加固方法不能有效控制此类破碎围岩的 长期蠕动及进一步破坏， 对此类巷道加固工程应在恢 复围岩内部结构完整性基础上， 加强对巷道围岩的整 体支护， 帮顶及底板加固同时进行。 3.2围岩加固方案 根据巷道窥视情况， 马头门围岩破坏深度达 6m， 围岩破坏由浅入深， 其中 3m 范围内裂隙较大， 3m 至 6m之间裂隙刚形成， 细小且不连续。 综合考虑原有支 护方式、 围岩变形机理及裂隙发育情况， 确定采用全 断面双液注浆配合反底拱浇筑综合加固方案。 3.3加固原理 深井软岩巷道围岩加固技术研究及应用 侯 君 朝 （山西兰花科创玉溪煤矿有限责任公司 ， 山西 晋城 048214 ） 摘要 针对埋深大、 围岩软、 地压大、 裂隙多等条件， 通过对巷道变形原因的分析， 提出了全断面双 液注浆配合反底拱浇筑的加固方案。通过实践证明， 该加固方案有效地控制了围岩的变形破坏， 取得 了良好的加固效果， 具有广阔的推广应用前景。 关键词 深井 ； 软岩 ； 围岩变形 ； 全断面注浆 ； 反底拱浇筑 中图分类号 TD353文献标识码 A文章编号 1009-0797 （2019 ） 06-0037-03 Research and application of surrounding rock reinforcement technology in deep soft rock roadway HOU Junchao （Shanxi Orchid Science and Technology Yuxi Coal Mine Co., Ltd. , Jincheng 048214 ， China ） Abstract For large buried depth、soft surrounding rock、large ground pressure、cracks and other conditions， analysis of the causes of roadway deation， the strengthening plan of double section grouting and reverse bottom arch pouring is put forward。Demonstrated through practice， the reinforcement scheme effectively controlled the deation and destruction of surrounding rock， good reinforce- ment effect has been achieved， it has broad prospects for extension and application. Key words Deep wells ; Soft rock ; Surrounding rock deation ; Full Face Grouting;Inverted arch pouring. 37 ChaoXing 煤矿现代化2019 年第 6 期总第 153 期 水泥浆强度高、 耐久性好， 但颗粒度大， 难以注入 岩层的细小裂隙或孔隙中， 适用于强度高、 裂隙大的 破坏体加固， 巷道浅部采用水泥注浆； 高强度化学浆 液可注性好， 能注入土层中的细小裂隙或孔隙， 但价 格较贵， 适用于裂隙细小的破坏体加固， 巷道深部采 用高强度化学浆。通过注浆充填， 原有钢筋混凝土得 到修复， 巷道围岩重新整合为一体， 充分调动了钢筋 混凝土支护及深部围岩承载能力， 保证围岩裂隙不再 次张开。 反底拱施工支护强度大， 并与钢筋混凝土连成一 体， 从而形成一高强度的环形支护体， 保证了巷道支 护的完整性及连续性。 4加固工艺及技术参数 施工顺序帮顶水泥注浆帮顶化学注浆起 底底板水泥注浆底板化学注浆反底拱支设及 浇筑。 4.1水泥注浆 1 ） 采用 525 普通硅酸盐水泥配合 XPM添加剂 制备水泥浆，水灰比 1 1， XPM添加剂为水泥重量的 8～10。水泥注浆孔矩形布置， 排距 1800mm， 间距 1600mm， 深度 3m， 采用 Φ56mm 的钻头打孔， 孔口埋 注浆管， 孔内下 2m 的射浆管， 孔口注浆管与孔内射 浆管相连， 注浆压力 2～3MPa， 使用棉纱加水泥固定 孔口注浆管并封孔， 钻孔布置如图 1。 图 1进风井马头门水泥注浆孔布置 2 ）水泥注浆要求。①围岩注浆， 孔内下射浆管。 射浆管壁每 200～500mm 对开一组 φ8～φ10mm 射 浆口, 射浆管与孔口管连接牢固，保证浆液沿钻孔全 长注入周围岩体。②孔口管必须埋设牢固， 埋设长度 不小于 400mm， 不得在注浆过程中松动或漏浆。孔口 管松动或漏浆造成注浆失败的必须补打注浆孔。 ③水 泥浆必须添加 XPM水泥注浆添加剂，严格控制浆液 水灰比， 减少水化反应以外的多于水量。④每孔注浆 作业应连续进行， 中途不宜中断.尽量避免因机械故 障、 停电、 停水、 器材故障等问题造成的注浆中断。因 大范围漏浆或浆液消耗量过大而中断注浆时， 在施工 日志中准确记录， 并确保周边钻孔的注浆质量， 必要 时应补打注浆孔。⑤打钻、 注浆过程中及时处理漏浆 点， 采用人工糊缝处理漏浆点， 并压注单液水泥浆。 ⑥ 注浆过程发生相邻钻孔串浆时， 必须对串浆的钻孔进 行交替注浆或分开管路同时注浆， 禁止利用一个钻孔 对两个或更多串浆钻孔同时灌注， 分别记录连通钻孔 注浆情况。⑦注浆过程系统运行必须可靠， 随时检查 压力表是否正常， 发生故障及时更换， 禁止在压力表 故障状态下进行注浆施工。 根据注浆压力控制注浆速 度 10～25L/min。 4.2化学注浆 1 ）水泥注浆完成后 5 天开始化学注浆，选用渗 透力强、 固结强度高的高强度阻燃化学浆， 抗压强度 大于 45MPa，剪切强度大于 20MPa，抗拉强度大于 10MPa。化学注浆孔矩形布置，排距 3600mm，间距 3200mm， 深度 7m， 采用 Φ56mm 的钻头打孔， 采用孔 内下注浆赛注浆， 注浆赛下设深度 6m， 注浆压力 5～ 8MPa， 钻孔布置如图 2。 2 ）化学注浆要求。 ①化学浆制备 将化学浆的两 个组份分别倒入 2 个配料桶内， 注浆泵吸液管分别插 入两个料桶内， 连接系统注浆。 双组分化学浆混合后， 在较短时间内将凝结成强度较高的固结体。 加固施工 过程中， 必须标记并固定使用配料桶、 吸液缸及注浆 管路， 严禁混用， 防止毁坏设备及注浆系统。 ②孔口管 通过拆卸接头与封孔器连接牢固， 钻孔注浆结束时必 须右旋拆下孔口管， 封孔器自动封闭孔内浆液， 阻止 孔内材料外溢。 ③每班注浆结束使用专用清洗液清洗 设备及管路系统，工程结束后设备运至地面拆卸清 洗。施工过程中可复用的枪体、 孔口管及拆卸接头等 发生堵塞后升井清理。④化学浆固化过程放热， 钻孔 漏浆时必须停止注浆， 采取适当措施堵漏， 用浮渣覆 盖漏浆集中地点， 禁止漏浆材料聚集。⑤使用的化学 浆粘度低， 渗透能力强， 漏浆导致压力不足时， 控制单 孔注浆量， 每孔浆液消耗量 单孔注浆量达到 500kg 38 ChaoXing （上接第 36 页） [2] 张杰,赵亚军,李焘.沿空掘巷巷道围岩位移监测结果分析 [J].煤炭技术,2018,37 （10） 42- 44. [3] 何清正.相向沿空掘巷合理时空关系研究[J].内蒙古煤炭 经济,2018 （18） 1158. 作者简介 孙永永 （1986 年 2 月 -） ， 男， 汉族， 助理工程师， 2010 年 毕业太原理工大学安全工程专业， 本科。现任职于霍州煤电 团柏煤矿盘区运输队。（收稿日期 2018- 12- 19） 煤矿现代化2019 年第 6 期总第 153 期 时， 结束注浆。 施工过程中先进行帮顶注浆， 帮顶注浆完成后再 进行起底及底板注浆加固。 起底时将该段施工成锅底 状， 最深部位离轨面线不小于 1500mm， 采用人工配 合手、 风镐的方式由里向外进行起底。 4.3反底拱支设及浇筑 注浆后 5 天进行反底拱施工，反底拱采用 U36 型支架，两端焊接 300mm300mm15mm 的钢板， 排 距 800mm。 反 底 拱 支 架 下 铺 设 Φ6.5mm 1040mm2540mm 金属网， 网格 100mm100mm， 搭 接长度 100mm，并用双股用 14 铁丝捆扎，每隔 100mm捆扎一道， 拧结不少于 3 圈。反底拱与底板之 间部位采用混凝土充填， 强度 C30， 最深部距离底板 1500mm， 在混凝土中加入防水剂。如图 2 所示。 图 2进风井马头门化学注浆孔及反底拱施工 5加固效果 进风井马头门巷道加固完成后，通过 5 个多月 的观察巷道两帮及顶底板变形比较小，巷道两帮变 形量控制在 25mm 以内， 顶底板变形量控制在 30mm 以内， 未出现离层、 鼓包及混凝土脱落等破坏现象。 巷道变形量日趋减小，观测数据显示加固后 3 月至 5 月之间两帮变形量为 2mm， 顶底板变形量为 3mm， 支护稳定。 图 3进风井马头门变形曲线 6结论 进风井马头门采用全断面双液注浆配合反底拱 浇筑的加固方式， 深浅孔双液注浆充分考虑围岩裂隙 及经济效益， 既节约了施工成本， 又取得最佳的加固 效果； 注浆加固加强了围岩及原有钢筋混凝土的支护 强度，充分调动了钢筋混凝土及深部围岩承载能力； 反底拱混凝土浇筑使整个支护形成一个封闭的环形 支护体， 较大程度提高围岩承载能力。通过加固很好 的解决了巷道稳定性控制问题，围岩变形量控制在 30mm以内， 取得了良好的加固效果和经济效益,为同 类深井软岩巷道围岩加固提供了借鉴经验。 参考文献 [1] 李强.深井软岩巷道底板加固技术研究与应用[M].山东煤 炭科技,2015 （9） 6- 9. [2] 杨高干.深部马头门区域软岩治理技术研究及应用[M].中 国信息化， 2013 （4） 179- 181. 作者简介 侯君朝， 男， 1987 年 6 月 7 日生， 汉族， 山西省晋城市阳 城县人。现就职于山西兰花科创玉溪煤矿有限责任公司， 工 程师， 大学本科， 学士学位， 毕业于河北工程大学， 研究方向 矿业工程。 （收稿日 2018- 10- 16） 39 ChaoXing