注浆锚索在煤矿复杂地质区域围岩控制应用研究.pdf

2 0 1 3 年 第2 期 童 撼晨 甜技 1 0 l 注浆锚 索在煤矿复 杂地质 区域 围岩控制应 用研 究 迟 玉寨 黑龙江龙煤矿 山建设有 限公 司， 黑龙江 哈 尔滨1 5 0 0 0 0 摘要随着矿井逐步转入深部开采 ， 巷道 支护难 的问题越来越 突出， 复杂地质 区域条件下 ， 常规支护形式 已满足 不了支护要求。该文通过对 注浆锚索技术特点及关键技术参数进行分析的基础上， 通过鹤岗兴山矿复杂地质区域注浆锚靠支护工程实践， 表明注浆锚索支护技术具有广 泛 的应用前景。 关键词 注浆锚 索 复杂地质 区域 深部开采 中图分类号 T D 3 5 3 ． 9 文献标识码C d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 5 2 8 0 1 ． 2 0 1 3 ． 0 2 ． 6 3 近年来， 为确保复杂地质区域困难条件下 的巷道 支护安全 ， 科研人员研究并发展了高地应力条件下高 强度的巷道支护理论与技术 ， 开发了配套的强力锚杆、 强力锚索支护等支护材料， 较为有效地解决了复杂地 质 区域巷道 的顶板 与两帮 的支护 问题 。 随着矿井逐步转入深部开采， 巷道支护难 的问题 越来越突出， 对锚索 的需求量必将越来越大。在澳大 利亚 、 德国、 英国的部分煤矿 以及巴西、 南非的部分金 属矿山已经出现了全部采用锚索支护的巷道。 1 支 护 形式分 析 巷道支护形式大体可以分砌碹、 架棚、 锚喷、 锚注 等支护形式。 1 砌碹支护 砌碹支护属于一种被动支护 ， 存在 支护不及时、 空帮、 空顶及碹后充填不实等问题 ， 在应 力集中区容易造成碹顶变形开裂 ， 该支护技术已被淘 汰。但在龙煤集团公司四大局个别煤矿仍在使用这种 支护方式 2 架棚支护 龙煤集团四大局岩巷复杂地质区 域一般采用 u型棚单一支护 ， U型棚支护虽然具有较 高的支护强度 ， 能适应较大的巷道变形 ， 但因其不能及 时封 闭围岩 ， 特别是在软岩巷道或应力集 中区， 易造成 U型棚变形 。 3 锚 、 喷支护 锚 、 喷支护 是一种 主动支 护 ， 施 工 便捷， 适用性广 ， 龙煤集团公司四大局大多数岩巷施工 均采用此类支护。但此类支护必须根据不同的地质条 件确定不同的支护参数， 而在施工中不 同围岩特性的 巷道往往套用 同一支护参数， 使得支护达不到预计效 果。此类支护隐蔽性大， 容易造成大面积浆皮脱落及 冒顶事故 。 收稿 日期 2 0 1 21 21 2 作者简介 迟玉寨 1 9 7 3一 ， 男 ， 汉 ， 毕 业于黑 龙江科 技学 院采矿 工程专业 ， 工程师 ， 现为黑龙江龙煤矿 山建设有限公司二十三处 三工 区项 目经理 。 4 锚注支护 以注浆锚杆及浆体加 固为主的主 动加固形式。对于节理裂隙发育的煤体和岩体， 注浆 可改变围岩的松散结构， 提高粘结力和内摩擦角 ， 封闭 裂隙， 使岩体强度显著提高。注浆加固可为锚杆提供 可靠的着力基础， 使锚杆对松散围岩的锚 固作用得以 发挥。但这种支护技术存在在复杂地质区域注浆范围 较小等缺陷， 满足不了支护技术要求。 2锚 索支护 机理 分析 注浆锚索 在 克服 上 述存 在 支护 技术 缺 陷 的基 础 上， 其支护原理和技术特点更适合现场应用。其支护 机理 主要包括 以下几个方面 1 采用注浆锚索注浆， 可以利用浆液封堵围岩 裂隙， 隔绝空气 ， 防止围岩风化 ， 且能防止围岩被水浸 湿而降低围岩的本身强度。 2 注浆后浆液将松散破碎的围岩胶结成整体， 提高了岩体强度和内聚力、 内摩擦角及弹性模量， 从而 提高了岩体强度， 可以实现利用围岩本身作为支护结 构的一部分 ； 且与原岩形成一个整体 ， 使巷道保持稳定 而不 易产生破坏。 3 利用注浆锚杆注浆充填围岩裂隙， 配合锚喷 支护， 可以形成一个多层有效组合拱， 即喷网组合拱、 锚杆压缩区组合拱及浆液扩散加固拱 ， 从而扩大了支 护结构的有效承载范围， 提高了支护结构的整体性和 承载能力。 4 注浆后使得作用在顶板上的垂直载荷能有效 地传递到两帮， 通过对帮的加固， 又能把荷载传递到底 板； 同时由于组合拱厚度的加大， 这样又能减小作用在 底板上的荷载集中度， 从而减小底板岩石中的应力 ， 减 弱底板的塑性变形 ， 减轻底臌； 且底板的稳定， 有助于 两帮的稳定 ， 在底板及两帮稳定的情况下， 又能保持顶 板 的稳定 。 3 注浆锚索工程应用 1 0 2 谯蔗 瞅 3 ． 1 工程背景 懦暑 矿 建 设 有 限 公 司 二 十 三 处 三 工 区 6 矿 三 水 平 ～ 、二石 门 兰 点 。 巷 道 最 大 跨 度 1 0 ． 5 131 { ， 厚6 m, _F 41 2 蒹 上 - I3 煤 层 采 煤 工 嚣 篓 妻 支 护 采 用 。、 萎 喷砼联 成“ 一梁三索” 、 “ 一 霉 打 注 浆 锚 索 ，排距 1 m， 支护杆巢 杯 ～～ 础睡 索参数 索体 2 2 m m ，强度 1 7 6 0 M P a ， ≥ m m高 力钢 空注浆管 内径7 ． 5 m m ，夕 ， 删 2 0 1 3 年第2 期 蟹 篓 烹 r32 、竺 ．采 用 树 脂 锚 固 剂 端 头 锚 固 ， 预 浆 液 按 漉量 10 5 M 。 Pa ． o 浆 泵 压 力 达 7 葛 嘉 泵 ’等 3 m i n 再行注浆， 直 网 3 ． 4效果 分析 ⋯ ～” 。 罟 支护效果 ， 在 3 ～ 4 交叉点处布 测 站 ， 为 期 4 个 月 的 主 茗 藁 m m ，巷 帮 移 蔫 霎 生 变 形 ，这 嚣 取 得 了 非 雾 、 的 车 碹 体 开 嚣 到 了有效控制， 决了复杂地质 进 、 支护困难 的问题 。 ⋯ ⋯ 删 兰 浆 锚 索 支 护 技 术 与 传 统 支 护 技 术 相 比 ， 由 于 通 ～～ 妻 譬 置 了 多 处 观 测 点 ，对 巷 道 围 岩 表 跟 孝 要 观 测 位移量。具体掘进期间巷道 三 页 ’ 岩 较 小 的 变 形 就 能 引 起 锚 杆 较 三 作 阻 二 杆 外 露 长 度 小 于 5 0 m 鼍 。 证 足 够 的 预 应 力 ， 托 盘 采 ； 。顶网椭 网 霎 工 格 为 4 。 菩 娄 ， 2 0 0 ra m用 4 ， ， 、 一 璺 采 用 厚 度 3 ． 0 m m 要 率 高 ，对 不 荏 霎 带 预留孔， 当 约束锚杆间的松动围岩 。 一⋯ 日 从 缝 细 竺 高 强 度 低 伸 缩 1 7 标 准 型 钢 绞 譬 锚 煮 ，长度 o o m m， 加 ． ， 锚 索 锚 固 力 不 小 享 v ,／R o湖 U q 强支 护 ， 进一 步 岩层 的加 里 ， 来 压 时 的 巷 道 稳 是 矗 竺 ，8 ． 0 ．0 r a m； 考虑 到采空 篓 帮 采 用 单 排 锚 蒜 ； 星 竺 ，外帮每排锚杆打 盘为正方形， 用 ] O m m钢板压制成弧形 ⋯ 3 ． 1 应 用 情况 m 望 l 下 顺 槽 在 掘 进 期 间 围 岩 变 化 情 况 ， 研 究 联 合 支 护 技 术 对 围 岩变形 的控制 曼 一 一 二⋯一 一 蛆 二 二 二 ．。 支护巷道顶底板 、 两帮移近变 ～ 。_。 3 2 技 术经济效 益 ⋯ 稀 船 采 用 锚 网 索 联 合 支 护 基 本 达 到 预 期 之 内 ， ． 巷 道 后 期 维 羞 处 理 底 鼓 ，劳动强度小， 且不影响巷 贾 了 共 萎 苎 苎 了 巷 道 多 次 修 复 支 护 ， 大 大 降 低 了 巷 道 的 后 期 维 护 成 本 。 一一 禹 二 妻 钢 带 金 属 网 联 合 支 护 系 统 解 决 了 工 作 面 回 采 巷 道 的 主 ； 鼻 竺 篓 竺 巷 道 提 供了一种安全、 ’ 、 霎 实现了巷道支护“ 安全 、 、荔 效 ” 的 目 标 ，取得了显著的经济效益和社会 ’ 2 0 1 3 年 第2 期 东 妊晨 舛技 1 0 3 综 采工作 面复 杂地质 构造 带 注浆技 术研 究 周 美钢 龙 煤控股 集团双 鸭山分公 司东保卫煤矿 ， 黑龙江 双鸭山1 5 5 1 3 3 摘要针对 当前复杂地质构造带围岩控制 的技术难题 ， 以东保 卫煤矿综采工作面断层赋存为背景 ， 提 出波雷音注 浆围岩控制技术 ， 并对注 浆 材料和设备的性能进行分析， 结合现场实际确定技术方案， 通过现场实施， 取得较好的技术效果， 具有良好的推广应用价值。 关键词综采地质构造带注浆 中图分类号 3 7 3 2 7 文献标识码B d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 52 8 0 1 ． 2 0 1 3 ． 0 2 ． 6 4 1 工 程地质 概 况 2 复杂地 质构 造 带围岩 控 制技术 方案 东保卫综采工作面位于三采区 3 6层 一9 0 m石门 左部 ， 北邻防水煤柱线 ， 南接 一 1 1 0 m采空区 无积水 ， 西至 一 9 0 m石门煤柱线， 东至采区东部边界， 上部为 3 O 煤层未采动 ， 距 3 6层层间距 5 0 m， 下部为 4 l 煤层局部 为采空区， 距 3 6层层间距 6 0 m。上界标高 一 2 0 m， 下界 标高 一1 0 0 ． 2 m， 地面标高 1 1 8 ． 4 1 m。回风巷和运输 巷均沿煤层走向布置。工作面切眼、 回风巷和运输巷 均沿煤层顶板掘进。煤层顶、 底板情况伪顶 0 ． 4细砂 岩； 无直接顶； 基本顶 7 ． 0粗砂岩； 无伪底和直接底； 基 本底 3 ． 6中砂岩 。 3 6层 一9 0左 回采工作面煤层走 向 1 2 5 ， 倾 向为 2 1 5 。 ， 倾角为 2 8～ 4 5 。 。3 6层煤整体呈单斜构造， 该区 断层较发育， 一 3 0左回风巷道揭露三组断层， 综采工 作面断层情况见表 1 。 表 1 综采工作面断层情 况 断层 走 向 倾 向 倾角 性质 落差 对回采的影响程度 名称 。 。 。 m N 3 3 O N 4 2 0 6 5 逆 1 ． O 较大 F 1 N 3 4 0 N 4 3 O 8 0 逆 2 ． 1 较大 F 2 N 3 4 0 N 4 3 O 6 8 逆 O ． 5 较小 F 3 N 1 9 0 N 2 1 O 8 0 正 O ． 2 较小 由于断层发育 ， 导致工作面顶板破碎、 冒空， 控顶 困难 ， 巷道在揭露断层处围岩松散、 破碎， 支护困难。 }收稿 日期 2 0 1 2 0 5一 O 2 作者简介 周美钢 1 9 6 7一 ， 汉 ， 江苏沛县 ， 中级 职称 ， 毕业 于黑龙 江科技学 院， 中级 职称 。 现为龙煤矿业集 团公 司双鸭 山分公 司东保卫 煤 矿采 煤副总。 2 ． 1 破 碎 围岩控 制方 案 从 目前工作面破碎顶板超前治理防止冒落的技术 来看， 比较成熟和具有实际应用价值的主要有支托法、 药包法及注浆加固法。 注浆加固法就是将浆液沿管路输送到待加固地点， 经孔口混合器充分混合后进入孔 口管。在泵压作用下， 混合后的浆液经过孔内裂隙渗透到岩体内部， 并在流动 中产生化学反应 ， 这些胶体凝固后就把破碎的岩石胶结 在一起。注浆法有工作面压注和超前压注两种形式。 根据 目前工作面的状况和生产条件 ， 优先选用超 前压注法施工。在钻眼、 注浆等方面实施困难的情况 下， 考虑采用工作面压注。 2 ． 2注浆材料选择 与性能分析 针对东保卫矿 一 9 0 m综采面断层区域煤体的破碎 与松散程度， 且回风巷道高帮片冒区域有空洞。采用 无机材料有以下弊端 1 凝固时间慢， 注浆时会发生 大量跑浆； 2 水泥浆液含有大量的水， 对已松散的围 岩会造成软化， 从而进一步降低其强度 ； 3 水泥浆液 为颗粒型浆液， 扩散渗透性差， 且不均匀； 4 与碎煤 胶结粘结性差， 易形成大体积游离结实体； 5 工期 长 ， 施工环节复杂 。 经研究选用波雷音注浆材料。波雷因产品由 A、 B 两种液体组份组成 ， 施工时按 1 1的比例充分混合后 ， 其膨胀系数为2～ 5倍 ， 如遇水则其膨胀倍数可达 l 5 ， 注浆施工时浆液可产生二次渗透压力， 并能渗透至岩 层深部微细裂 隙内， 可有效地对破碎 围岩进行加固。 过注浆加固了围岩， 又给锚杆锚索提供 了可靠的着力 基础； 既能有效地提高围岩的 自身强度又能改善支护 体的支护特性， 使围岩承载能力得到显著提高， 巷道变 形量明显降低， 是一种非常好的主动支护形式 ， 它具有 强初撑、 急增阻、 高承载的特性， 能够比较好地解决高 应力区、 断层带附近以及巷道围岩松动破碎和大变形 引起的锚固力迅速衰减和丧失的难题， 改善巷道围岩 状况 ， 提高围岩体本身的稳定性， 有效解决了复杂地质 区域围岩巷道的控制问题。 参考文献 [ 1 ] 康红普 ． 深部煤巷锚杆支护技术的研究与实践[ J ] ． 煤矿开采 ．2 0 0 8 ， 1 3 1 1 5 [ 2 ] V ． K ． S i n g h ，D ． S i n s h ， N ． S i n g h ．P r e d i c t i o n o f s t r e n g t h p r o p e r t i e s o f s o me s c h i s t o s e r oc k s f r o m p e t r o g r a p h i c p r o p e r t i e s u s i n g a r t i fi c i a l n e u r a l n e t w o r k s [ J ] ．I n t e r n a t i o n a l J o u r n al o f R o c k Me c h a n i c s＆ Min i n g S c i ． e n c e ， 2 0 0 1 ， 3 8 2 6 9～ 2 8 4 [ 3 ] 宋彦波．有机高水材料注浆堵水机理及其工程应用研究[ D] ． 北京 中国矿业大学 北京 ， 2 0 o 5