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注浆方法加固采区巷道施工摘要以北皂煤矿四采区回风巷道为例,分析论述了采区巷道变形破坏的原因及注浆法加固巷道围岩的机理,介绍了注浆法加固围岩的施工工艺,并针对注浆法加固巷道围岩存在的问题提出了改进方法。
关键词注浆加固围岩变形破坏采区巷道1注浆法加固围岩机理及必要性注浆法加固围岩,就是针对采场及巷道内裂隙较为发育而难以维护的破碎顶板及帮部,在顶板来压前预先向裂隙内注入固化材料,以改善围岩的力学性能,提高岩体自身的强度,从而改善巷道的维护状况。
四采区上部有一条SE方向的张性背斜轴,由于它的影响,造成四采区上部煤体节理相当发育,而其回风巷正布置在这一区域内。
与四采区上部回风巷毗邻的是4201-1工作面,该工作面的材料巷与四采区上部回风巷平行,间距44m。
由于4201-1工作面采动的影响,四采区上部回风巷740m的锚喷巷道有400m已严重变形、掉顶、片帮,最后不得不重新架设U型钢棚;剩下的340m巷道虽没有架设U型钢棚,但喷层大部分也出现了裂纹,且发生不同程度的变形。
造成巷道变形的原因主要有两方面:①由于采动的影响,巷道压力增加;②由于煤体本身节理极发育,煤体的裂隙多,在采动影响下,裂隙继续扩展,松动圈扩大,造成巷道围岩自身承载能力降低。
因此,锚喷支护在顶板来压时,喷层破裂、脱落,顶板下沉,甚至连架设U型钢段的棚体都产生严重变形。
对于破坏严重的巷道,传统的方法只能是加密U型钢支护,这样做不但消耗大量的人力、物力,而且效果也不好。
经过分析论证,并结合已有的软岩支护技术成果,认为通过向支护体后注入具有固化作用的浆液提高围岩的整体性,进而提高围岩自身的承载能力,可达到减轻巷道破坏程度的目的。
2注浆材料的选择目前国内外主要采用高水速凝材料为固化材料,它具有可泵、速凝、早强等固化材料所需的特性。
水泥浆、水玻璃的混合物不仅具有固化材料所需要的主要特性,且价格低廉;另外,我矿现有的TBW-50/15泥浆泵能达到注浆要求的泵压,故选择以水泥、水玻璃的混合物作为加固围岩的注浆材料。
巷道注浆加固技术研究摘要：本文对巷道围岩注浆加固作用、注浆方法分类、进行了较为详细地论述与分析。
并通过工程实例，具体介绍了巷道注浆加固的施工过程和方法。
关键词：巷道；注浆加固；方法；施工引言：巷道注浆加固就是利用水泥浆液在注浆泵压力作用下，来充填和固结煤岩体中被破坏的或者原有裂隙面。
可以对破碎煤岩体起到补强加固作用和充填密实作用，也可以将充填不到的封闭裂隙和空隙压缩，从而对岩体整体起到压实作用。
1.注浆加固作用1.1 注浆提高巷道围岩结构面的强度和刚度结构面发育的煤岩体，其强度和变形主要由结构面控制。
一般情况下，结构面的强度与刚度比较低，容易出现离层、滑动和张开，导致煤岩体强度降低，体积增大，引起巷道围岩变形。
注浆加固材料可显著提高结构面的强度和刚度，从而提高煤岩体的整体强度，增加围岩的自身承载能力。
1.2 充填压密裂隙浆液在泵压的作用下，渗透充填一些裂隙，另外经挤压可使一些充填不到的裂隙闭合，从而降低煤岩体的孔隙率，改善裂隙、孔隙周围的应力分布状态，提高围岩强度。
1.3 注浆封闭水源、隔绝空气围岩注浆可有效地封堵流水通道，防止或减轻水对围岩的软化，避免围岩强度因水的影响而大幅降低。
同时，围岩注浆后封堵了裂隙，可有效地防止围岩风化。
2.煤矿巷道注浆加固方法根据破碎巷道围岩加固工程性质可分为：永久工程加固和短期或临时加固工程。
对于永久性工程，主要有井筒、大巷、专用硐室加固；短期或临时性加固工程主要有掘进工作面过构造区、高应力区加固，回采工作面两端头三角煤加固，回采巷道、工作面开切眼及回撤通道加固等。
根据巷道围岩裂隙类型分为：裂隙型破碎围岩加固和疏松型软弱破碎围岩加固。
根据围岩裂隙成因分为：原生裂隙破碎型和采掘动压应力变化破坏型围岩加固。
通常所说的巷道维修加固，就是巷道服务一段时间后，由于围岩流变、受到采动影响，围岩出现较大变形与破坏，巷道断面与安全性不能满足生产要求后实施的注浆加固。
注浆加固可单独实施，也可与锚固技术联合使用，为此，开发了多种形式的注浆锚杆、注浆锚索。
总第257期doi:10.3969/j.issn.1005-2798.2021.01.020动压影响破碎围岩巷道注浆加固技术研究原海鹏(汾西矿业南关煤业，山西灵石031304)摘要:为提高回采巷道围岩控制能力、确保采面回采安全，文章以山西某矿5307运输巷围岩加固为研究对象,针对应力集中、围岩承载能力不强、裂隙发育等原因导致的围岩变形量过大问题，提岀采用注浆方式控制围岩变形。
运输巷围岩变形以顶板下沉、煤柱帮收敛为主，在对注浆方案优选后,提岀顶板采用浅孔、深孔结合注浆,煤柱帮采用深孔注浆方式,注浆浆液以高水充填浆液为主、马丽散为辅，并对注浆方案进行了设计。
现场应用后，巷道顶板、巷帮变形量分别为390mm、675mm,可满足采面回采需要。
关键词：围岩变形；动压巷道;注浆加固；破碎围岩中图分类号:TD353文献标识码：B文章编号：1005-2798(2021)01-0062-03随着矿井开采深度的增加，煤层赋存条件更为复杂、地质构造影响更为显著,掘进巷道围岩变形出现承载能力低、稳定性差等问题［1-2］o对于巷道不稳定围岩加固技术,众多的研究学者展开了研究，其中杨永刚等⑶对采动影响下瓦斯巷道围岩变形特征进行分析并提出采用高强度锚索对不稳定围岩进行加固控制，取得了较好的围岩控制效果;李树清等⑷根据破碎围岩变形特征，提出采用注浆加固方式控制围岩变形并优选了注浆浆液、提出了针对性的注浆加固工艺;张继［5］对王庄煤矿厚煤层回采巷围岩受力环境进行模拟分析，并提出浅部、深部联合注浆方式控制围岩变形。
上述研究成果为巷道不稳定围岩控制提供了一定借鉴。
但是受到围岩岩性及煤层赋存条件差异影响,各巷道面临的围岩控制难题有差异，应针对性地开展围岩加固技术。
1工程概况山西某矿5307工作面主采的3号煤埋深平均410m,厚度6.91m,含1-4层矸石，倾角2~8°,硬度1-3。
采面北侧为采区空、南侧为实体煤、西侧为井田边界、东侧为5采区集中胶带运输巷。
注浆加固破碎围岩控制技术研究摘要: 阐述了加固修复破碎围岩巷道时实施注浆加固技术的作用及意义,分析了注浆材料的性能注浆设备及施工工艺。
采用高水充填材料和高分子化学浆液联合注浆加固的方式有效地控制了巷道围岩的变形,解决了破碎围岩巷道变形大"支护难的问题采用该技术,为巷道加固技术提供了新的技术途径。
关键词: 破碎围岩充填注浆加固在破碎煤岩体中掘进巷道,由于巷道掘进破坏了煤岩体原始平衡状态,造成围岩应力场重新分布,围岩原有的各种弱面裂隙发育扩展,围岩膨胀破碎变形严重,来压显现剧烈流变时间加长。
如果治理措施采取不合理,围岩变形将会更为激烈,围岩破碎范围增大,再生裂隙进一步发育,最终将导致支护体破坏失效,巷道稳定性降低,严重影响矿井安全生产通过注浆加固改善巷道围岩应力状态以及提升围岩的强度,对其开发和利用围岩的承载性能是一种非常有效的技术手段,可以充分发挥支护体支护性能,显著地改良破碎围岩的维护状态和提升巷道的稳定性。
1.注浆材料及性能为保证注浆加固效果,考虑到技术成本,注浆加固材料应满足如下要求一定的抗压强度,抗剪切性能,提高围岩自身的承载能力和支护体的工作阻力一定的黏结强度,使松散破碎的岩块重新黏结在一起。
渗透性好,在围岩裂隙中有良好的扩散性能,黏度低,凝结时间可调满足机械化泵送注浆要求,注浆材料应有一定的塑性,能适应围岩一定的变形量使用高分子聚合材料和高水充填材料进行联合注浆加固,即可满足上述要求先使用高水充填材料进行壁后充填,密实壁后较大裂隙和空洞,再使用高分子聚合材料对围岩深层次注浆加固高分子聚合材料是低黏度专门用于地层煤岩层加固和水流迅速封堵产品,是一种由多种树脂和催化剂混合后反应生成的多元网状密实聚合材料高分子聚合材料技术参数如表。
高水充填材料是一种由多种配料在一定配比下混合而成的特种水泥,固结体有一定的强度,具有高水灰比。
凝结时间快并且可调价格低廉等特点。
高水充填材料的性能如图所示2.注浆设备及工艺巷道壁后注浆加固所需要的设备有: 矿用双液注浆泵"制浆桶"混料器矿用高压胶管吸浆管封孔器注浆管注浆加固系统如图所示3.准备工作为保证注浆效果,防止注浆时砌碹巷道碹体出现严重跑浆漏浆,应在注浆前对碹体进行喷浆处理如没条件进行喷浆的,应使用水泥对碹体的裂缝进行,封闭处理注浆材料应存放在便于制浆处,避免因制浆不及时造成吸浆管吸空(高水充填材料的甲乙两种料必须单独存放,严禁混放,避免与水接触为保障注浆作业安全,在碹体破坏严重处周围补打锚杆,对碹体进行锚固,防止施工时碹体受浆液压力挤压脱落伤人在注浆位置处设置一个打点器,便于通知司泵人员开关泵注浆施工顺序及技术参数采用高水充填材料先充填,高分子聚合材料后注浆加固的施工方法(该方法分为充填和注浆两个阶段,先充填后注浆。
通过对某选煤厂重介中煤破碎至小浮沉将密度级的磨碎以及常压酸碱化学法处理,得到了灰分为的精煤为炼焦中煤再选提供了新的思路,化学法处理不仅仅降灰,脱除了部分硫分而且在常压下进行,降低成本,操作可行。
注浆阶段采用高分子聚合材料对深部围岩裂隙进行密实封堵加固,加固参数主要有:浆液配比注浆压力注浆孔布置等(具体参数如下浆液配比根据甲乙两种配料的性能特点高分子聚合物固结时间及材料消耗等因素,确定高分子聚合物甲乙料的配比为。
注浆压力注浆压力过小,浆液渗透范围小,注浆压力过大,浆液会对巷道围岩和碹体造成破坏,综合考虑高分子聚合材料注浆压力为注浆孔布置: 注浆孔布置的原则主要是保证浆液充满裂隙,根据工程实践,第一次注浆加固时,沿巷道轴线每布置一排注浆孔,间距孔径注浆孔深第二次补充注浆时,注浆孔布置在原两排注浆孔排拒中间,其他参数不变; 注浆管采用无缝钢管。
4.注浆工艺断面注浆顺序为先两边后顶部(按预定的材料配比进行制浆,制好的浆液经吸浆管由注浆泵通过高压胶管泵送至混料器,混合后的浆液经出浆管注浆管注入围岩裂隙每个注浆循环结束后,整理充填注浆材料,清洗前移设备,再进行下一个作业循环(注浆施工工艺流程如下: 标注钻孔施工注浆孔-安设注浆管及密封件封孔-连接管路-制备浆料-泵送浆液-浆液凝结检验注浆质量-清洗设备-整理前移结语应用破碎围岩巷道注浆加固技术在巷道加固方面。
有以下作用改善了破碎围岩与碹体的关系,提高了围岩的强度,充分发挥了碹体的承载能力高水充填材料充填壁后空间,高分子材料注浆加固围岩深部裂隙,充分发挥两种材料的优良特性采用高水充填材料和高分子材料联合注浆加固后,显著提高巷了巷道围岩的支护效果,保证了巷道的安全状况.降低了巷道维护成本,减少巷道复修率,延长了巷道的使用年限。
5.工程试验5.1.1 工程概况郭二庄矿- 300 m 南大巷在掘进至 3232号导向点时, 遇到含水断层破碎带, 顶板为破碎的变质岩, 变质岩与顶板水一起涌出并淤积在巷道内 ( 图 3) 。
下涌的碎渣大部分为黑或浅灰色较硬的变质岩块, 同时伴有一定量的黄泥, 经现场实地勘查、分析地质水文资料及施工信息发现, 该段巷道为一含水断层破碎带, 有火成岩侵入迹象, 巷道前端顶板与碎渣处涌水量约 50 m3/h。
在施工中曾向顶板前方打入密集管缝式锚杆以托住下涌的碎渣,用 U钢与密集管缝式锚杆联合支护。
但在施工几米进尺后, 顶板碎渣急剧下涌, 无法及时进行支护, 停工一段时间后, 又对巷道破碎区进行了水注浆, 但因顶板淋水较大, 水泥浆受水扰动凝固困难, 注浆没能取得实质效果, 造成工程停工 [9 ] 为改变巷道围岩状态, 加快工程施工速度, 决定采用波雷因材料对含水断层破碎带进行注浆堵水加固。
5.1.2 施工方案及注浆施工流程5.1.2.1 施工方案设计采用波雷因材料注浆充填加固巷道的破碎围岩。
具体方案为: ¹打顶板泄水孔, 将顶板的涌水通过泄水孔引出, 为注浆施工创造条件; º对巷道前方破碎区进行化学充填, 加固冒落的顶板; 沿着现有巷道周边进行超前预注浆, 对下涌的碎渣和涌水通道进行直接加固与封堵; ¼根据注浆情况, 对下涌的碎渣进行开挖, 并在留足保护层的前提下, 对余下巷道分段注浆并一次开挖成形,直至通过破碎带。
5.1.2.2 充填加固注浆施工1) 加固注浆材料。
选用具有一定强度的, 又具有一定黏结性的波雷因注浆材料对巷道进行注浆加固, 以适应巷道的围岩变形。
2) 施工设备。
采用风动锚杆机施工顶板放水孔及注浆孔。
采用 QB - 12型风动注浆泵进行注浆。
3) 钻孔布置参数。
¹顶板放水孔: 为防止碎渣冲出, 并为前方注浆封堵涌水创造条件, 在现有支护顶板范围内向顶板上方打孔放水并安设孔口管, 其仰角为 60b。
放水孔为5 个, 孔径 42 mm注浆孔: 注浆孔沿巷道周边布置, 为防止注浆管在前方承压时被挤出, 孔口应从支护体钻进并尽量靠前。
顶板布置 8个孔, 两帮各布置 3个孔, 顶板孔仰角 30b, 两帮孔向巷道轮廓外摆 10 ~ 15b (相对于巷道掘进方向, 与巷道横断面成仰角 10~15b), 每循环共施工 14个注浆孔, 深浅孔交替布置, 深孔孔深6m, 浅孔孔深 4m, 孔径为 32mm,自巷道一侧帮下部起为 1号孔, 依次编号。
施工中根据地层情况及浆液扩散程度, 适当加密注浆孔。
4) 注浆工艺。
QB - 12 型气动高压注浆泵主要适用于单液或双液注浆, 在双液注浆时, 2种组分可按 1B1 的体积比输出并混合。
将 A 料和 B 料分别通过各自的柱塞和矿用 K 型高压胶管、单向阀 Y型三通、混合器进入封孔器, 并被压注进破碎岩层。
与注浆设备配套的进风管为 25 mm 高压风管, 出浆管的规格 10 mm。
施工顺序为: 标孔y 钻孔 y检查钻孔质量y 安装注浆管。
施工时, 控制流量、注浆速度, 通过风路阀门调节出浆量, 掌握出浆压力, 尽可能防止浆液从煤壁外溢。
5) 钻孔注浆顺序。
各循环注浆孔采用交错钻注方式, 先两帮后顶板。
6) 注浆参数。
由于巷道围岩表面为自由面,为保证浆液尽可能充分渗透与扩散, 又不至于将钻注管顶出, 注浆压力可提高至 20MPa。
7) 巷道开掘技术措施。
每个循环注浆结束后, 应打检查孔, 确定注浆孔无问题方可继续开挖。
巷道开掘前必须备好3~ 5 套注浆管, 注浆液 2 t左右。
» 巷道开掘时, 应采用风镐等机械手段进行破岩、清渣, 不得放炮, 以免注浆保护层遭到破坏。
¼开挖过程中, 应时刻注意观察巷道围岩情况, 发现问题及时打孔进行补注。
5.1.3 注浆加固效果与巷道围岩变形分析5.1.3.1 注浆加固效果分析对含水断层破碎带进行注浆加固后, 含水断层破碎区的整体性显著提高, 加固区域未发生片帮现象。
通过取样分析发现, 采用波雷因材料注浆加固含水断层破碎带时, 该材料能够渗入破碎岩体裂隙, 并与之形成了完整的网状整体。
通过对巷道涌水破碎围岩注入波雷因材料进行直接注浆加固与封堵, 并采取合理的施工方案和注浆参数, 断层含水破碎带得到有效加固, 并使巷道顺利通过含水断层破碎带, 预防了顶板冒顶事故的发生, 确保巷道恢复正常掘进。
5.1.3.2 巷道围岩变形分析为监测破碎体的注浆加固效果, 在大巷加固区域布置了围岩位移监测站, 非注浆加固区内监测站的观测结果如图 5所示, 注浆加固区内监测站的观测结果如图 6所示。
通过对比图 5和图 6, 不难发现采用有机材料注浆加固后, 大巷巷道的涌水破碎围岩得到了加固, 有机浆液充填了破碎煤体中存在的裂隙, 但是有机浆液的凝固需要一段时间, 而且破碎岩体胶结成为完整整体也需要时间。
通过一段时间, 浆液得到固化并和岩体胶结在一体, 形成了完整的整体, 进而改善了破碎岩体的整体性和完整性, 提高了岩体的自身承载能力。
表现在注浆加固区内的围岩变形量, 虽与未注浆区内的趋势相同,但变形总量和变形速度低于未注浆区。
注浆加固区内的围岩的变形量和变形速度随时间的增加表现出较好的稳定性,表明有机材料浆液与岩体结合得非常好, 起到了较好的加固效果。
6.结论采用波雷因材料, 对含水断层破碎带进行注浆加固堵水, 降低了围岩的孔隙率, 进而封闭水源,使注浆巷道围岩的变形速度得到有效控制,并能长期保持低速稳定变形, 从而实现了长期有效维护。
波雷因注浆材料及其加固技术可用于不同的支护形式及围岩条件下, 在浆液固结体和岩体的共同作用下, 注浆范围内所有岩石被胶结成一个整体, 形成大网格骨架结构, 可以大幅提高支护结构的整体性和承载能力。
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