软岩锚注支护技术
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锚注技术在软岩巷道加固中的应用摘要:某矿西主运输大巷围岩主要为泥岩,岩性较软,巷道在使用过程中变形严重,文章针对巷道变形原因,对巷道采取了锚注的支护体系,详细介绍了西主运输大巷锚注加固设计方案,对锚注加固参数进行了详细的论述,较好的控制了巷道围岩变形,取得良好支护效果。
关键词:软岩;锚注加固;巷道;支护1 工程概况某矿+669 m水平西主运输大巷布置于15#煤顶板岩层中,巷道围岩主要为泥岩,局部为石灰岩,巷道断面为半圆拱形断面,采用锚网喷的支护形式,自巷道投入使用后,巷道围岩变形大,维护困难,尤其是大巷2 500~3 000 m段,经过多次返修仍无法控制巷道变形,严重影响大巷正常使用。
所以,采取合理的支护形式,提高围岩整体的强度,保持支护体系的稳定性,对保证大巷正常使用具有重要意义。
2 巷道变形原因分析通过对矿井地质资料及井下实际情况调查分析认为,西主运输大巷变形严重的主要原因有以下几点:①大巷穿过岩层多为泥岩,泥岩的岩性较软且易脆,尤其遇到淋水时,围岩极易膨胀,变形增大,围岩强度与稳定性降低,自承能力变差。
②顶板砂岩存在较多裂隙,淋水现象严重,极易导致大巷周围泥岩的变形。
③巷道原采用锚网喷的支护形式,在锚网喷支护体系中,所喷浆液不能喷入围岩裂隙,与围岩裂隙充分接触,所以不能显著提高破碎围岩整体的强度与稳定性。
因此,基于上述原因,并结合矿井实际条件,决定对变形严重的巷道采取锚注的复合支护体系来控制巷道围岩变形。
3 锚注支护体系设计及应用效果3.1 锚注方案①按照巷道设计断面进行整巷,要求巷道底板比大巷水平低400 mm,并采用29U型钢拱形支架进行支护,支架间距600 mm;并对巷道顶帮进行喷砼,喷砼厚不小于100 mm。
②对巷道顶、帮进行浅孔水泥-水玻璃注浆,充填巷道壁后空间,对巷道围岩浅部破碎围岩进行注浆加固。
③施工巷道顶、帮锚索,并利用锚索孔对巷道顶、帮深部进行化学注浆,加固围岩深部岩层,实现顶帮锚索全长锚固,最大限度发挥锚索支护效能。
2024年软岩巷道硐室锚注联合加固技术软岩巷道的维护一直是煤矿生产建设中的难题,在软岩内布置巷道和硐室,围岩变形量大,稳定性差,不仅施工困难,而且屡遭破坏,往往需要反复维修,严重影响矿井的正常生产和安全状况。
对于软岩巷道的支护,国内外尚无任何可“包治百病”的万能支护方法,只能“对症下药”;采用的支护措施,只有满足其变形力学机制的要求,才能取得良好效果。
被动性支护方式中,刚性支架、碹体等支护体,由于让压性能极低,根本不能适应软岩巷道的围岩变形规律的要求;而以U型钢为代表的各种可缩性金属支架,虽有一定的让压能力,也因难以满足软岩巷道围岩巨大变形量的要求,无法获得满意的支护效果。
作为主动性支护方式的传统锚喷支护技术,也已不适应高应力、大变形的软岩巷道(硐室)的控制。
近年来发展起来的锚注联合加固支护技术是一种将现代注浆加固技术、柔性锚索加固技术与传统锚喷支护技术有机地结合在一起的新型加固支护技术。
是一种较理想的把碎岩由载荷变为承载体,有效改善软弱围岩性能的技术措施。
它综合了锚杆加固技术和注浆加固技术的所有优点,并在此基础上衍生出了许多新的特点,成为解决高应力工程软岩安全维护的有效手段,其显著优点如下:(1)与传统锚喷支护技术中喷混凝土层的作用原理相比,浆液的注入能够明显改善岩石的物理力学性质;浆液充填到岩石块间的孔隙之中,使破碎岩石块重新胶结成一体,从而提高了岩体的整体强度和稳定性。
(2)在锚注联合加固支护体系中,由于浆液能够与岩体及锚杆全面接触,将杆体内、杆体与钻孔间隙、周围岩体的缝隙全部充填满,从而形成“网络”效应,如同自然界中树木的主根与须根的共同固结作用一样,使锚杆受力传递的可靠性和连续性得以充分保障,全面调动了围岩的自身承载能力,同时使锚杆、锚索自身的加固性能得以充分发挥。
(3)注浆后杆体与地下水、空气间的联系全部中断,彻底阻止了锈蚀反应,从而保证了锚杆的长期锚固能力,保证了支护体系的长期稳定性。
锚注技术在软岩巷道支护应用王雁发布时间:2021-09-02T02:08:10.880Z 来源:《中国科技人才》2021年第14期作者:王雁[导读] 随着矿山开采深度的不断延伸,地质条件的日益复杂,大变形、大地压、难支护的问题成为影响矿区发展和矿井经济技术效益的主要因素之一,尤其是软岩巷道支护历来是巷道支护中的难题。
淮北矿业股份有限公司生产管理部安徽淮北 235000摘要:随着矿山开采深度的不断延伸,地质条件的日益复杂,大变形、大地压、难支护的问题成为影响矿区发展和矿井经济技术效益的主要因素之一,尤其是软岩巷道支护历来是巷道支护中的难题。
本文通过对软岩巷道的特征分析,及支护原理和方法的论述,以底板抽排巷锚注技术的应用为实践,介绍了通过锚注技术的应用,达到增强支护强度,提高工程质量,有效地控制了围岩变形,取得了良好的技术效果。
关键词:锚注技术;软岩;围岩;支护结构前言随着开采深度的不断增加,深部地压明显增大,深部围岩受高温、高围压、高空隙压力的影响,显现出类似软岩的的特点,地压显现比较剧烈,围岩自承能力差,易风化,变形量大,底鼓明显,遇水易膨胀,变形加剧,初期来压快,给巷道的掘进和维护带来困难。
软岩巷道的矿压显现和控制已成为目前国内外矿业工程和岩石力学界共同关注的热点问题之一。
已掘出的巷道多次重复翻修,不仅大大降低了正常的成巷速度,而且打乱了矿井正常的采掘平衡关系,直接导致矿井安全技术经济指标的恶化,给矿井和整个矿区的发展带来极为不利的影响。
本文以淮北矿区朱仙庄矿Ⅱ1057底板抽排巷锚注技术应用实践为例,通过注浆改善围岩,取得了良好的支护效果。
1 巷道工程概况Ⅱ1057底板抽排巷为Ⅱ1057综采工作面10煤层瓦斯治理工程,巷道设计全长1147.81m(平),层位在10煤和一灰之间,10煤层下20~47m,一灰上39~13m,标高为-679.7m⊥~-630.0m⊥,该巷道无大的地质构造。
煤岩层产状为:走向130°~170°,倾向40°~80°,倾角12°~20°。
软岩巷道硐室锚注联合加固技术范文软岩岩体是指岩体的抗压强度较低,易塑性变形和易软化的岩体。
在软岩地质条件下,巷道和硐室的开挖和支护常常面临一系列困难和挑战。
为了解决这些问题,研究者们提出了许多软岩巷道硐室锚注联合加固技术。
本文将介绍这些技术的原理和应用,以及它们在实际工程中的效果。
软岩巷道和硐室锚注联合加固技术是指在巷道和硐室的施工过程中,利用锚杆和注浆技术对软岩岩体进行增强和固结,以提高巷道和硐室的稳定性和抗压能力。
锚杆是一种通过力学原理将锚点与软岩岩体互相连接的固定装置,常用的锚杆有螺旋锚杆、矩形锚杆和摩擦式锚杆等。
注浆技术是指将灌浆材料注入锚孔中,填充岩体空隙,提高岩体的强度和稳定性。
软岩巷道硐室锚注联合加固技术的应用主要分为几个方面。
首先是在施工过程中,通过锚注联合加固技术可以提高巷道和硐室的施工效率和施工质量。
锚杆的使用可以增加巷道和硐室的稳定性,防止岩体松动和坍塌。
注浆技术可以填充巷道和硐室周围岩体的裂隙,提高岩体的强度和坚固性。
这些措施可以减少施工过程中工人的安全风险,提高施工的顺利进行。
其次,软岩巷道硐室锚注联合加固技术也可以用于巷道和硐室的长期稳定性的维护和管理。
在巷道和硐室使用过程中,软岩岩体会发生渐进性的软化和松动。
锚注联合加固技术可以通过定期维护和保养,修补巷道和硐室周围岩体的裂隙,延长巷道和硐室的使用寿命。
锚杆和注浆技术还可以在巷道和硐室使用过程中进行修复和强化,提高其抗压能力。
另外,软岩巷道硐室锚注联合加固技术还可以在岩体工程中进行地下隧道的建设和维护。
隧道是通过山体或地下水系的工程通道。
在软岩岩体中,隧道的建设和维护常常面临巨大的困难和风险。
锚注联合加固技术可以通过锚杆和注浆技术对隧道进行增强和固结,提高隧道的稳定性和抗压能力。
这些技术的应用可以减少隧道施工过程中的事故风险,保证隧道的安全运行。
总之,软岩巷道硐室锚注联合加固技术是一种应用广泛的岩体工程技术。
它通过锚杆和注浆技术对软岩岩体进行增强和固结,提高巷道和硐室的稳定性和抗压能力。
( 安全技术 )单位:_________________________姓名:_________________________日期:_________________________精品文档 / Word文档 / 文字可改软岩巷道硐室锚注联合加固技术(2021新版)Technical safety means that the pursuit of technology should also include ensuring that peoplemake mistakes软岩巷道硐室锚注联合加固技术(2021新版)1锚注联合加固机理软岩巷道的维护一直是煤矿生产建设中的难题,在软岩内布置巷道和硐室,围岩变形量大,稳定性差,不仅施工困难,而且屡遭破坏,往往需要反复维修,严重影响矿井的正常生产和安全状况。
对于软岩巷道的支护,国内外尚无任何可“包治百病”的万能支护方法,只能“对症下药”;采用的支护措施,只有满足其变形力学机制的要求,才能取得良好效果。
被动性支护方式中,刚性支架、碹体等支护体,由于让压性能极低,根本不能适应软岩巷道的围岩变形规律的要求;而以U型钢为代表的各种可缩性金属支架,虽有一定的让压能力,也因难以满足软岩巷道围岩巨大变形量的要求,无法获得满意的支护效果。
作为主动性支护方式的传统锚喷支护技术,也已不适应高应力、大变形的软岩巷道(硐室)的控制。
近年来发展起来的锚注联合加固支护技术是一种将现代注浆加固技术、柔性锚索加固技术与传统锚喷支护技术有机地结合在一起的新型加固支护技术。
是一种较理想的把碎岩由载荷变为承载体,有效改善软弱围岩性能的技术措施。
它综合了锚杆加固技术和注浆加固技术的所有优点,并在此基础上衍生出了许多新的特点,成为解决高应力工程软岩安全维护的有效手段,其显著优点如下:(1)与传统锚喷支护技术中喷混凝土层的作用原理相比,浆液的注入能够明显改善岩石的物理力学性质;浆液充填到岩石块间的孔隙之中,使破碎岩石块重新胶结成一体,从而提高了岩体的整体强度和稳定性。
软弱破碎围岩超前锚注支护技术探讨摘要:超前锚注支护技术作为巷道施工、井下掘进施工常用的技术内容,可以有效应对各种围岩失稳情况,保障现场施工质量安全。
鉴于超前锚注支护施工技术的重要性,本文主要结合软弱破碎围岩施工环境,对超前锚注支护技术在软弱破碎围岩施工环境中的具体应用情况进行总结归纳。
在此基础上,结合实际情况提出针对性技术管理措施。
关键词:软弱破碎围岩;超前锚注支护技术;应用分析引言:巷道施工现场环境条件相对复杂,施工人员在生产实践过程中,常常会遇到破碎岩体问题。
当软弱破碎围岩情况表现过于严重时,可能会引发一系列施工安全风险问题。
再加上施工现场缺乏相应的支护体系设计,很容易进一步诱发生产安全事故问题出现。
近些年来,为加强对软弱破碎围岩等不良施工环境的应对管理,施工单位需要主动立足于软弱围岩破碎施工环境情况,对生产现场所存在的扰动因素进行主动识别与排查管理。
并通过科学采取相关施工工艺以及支护设计方法,进一步增强现场施工安全管理效果。
结合当前施工经验来看,超前锚注支护技术作为巷道施工常用的技术手段,通过科学部署与高效应用,可以消除施工现场所存在的岩体失稳风险问题。
1超前锚注支护技术工艺内容及技术要点分析1.1.工艺内容超前锚注支护技术工艺内容相对特殊,为达到良好的支护效果,施工单位应该做好前期施工准备工作。
在准备期间,施工单位应该主动结合超前锚注支护施工需求,重点针对施工图纸审核问题进行妥善解决。
在此基础上,主动结合超前锚注支护施工要求,对施工现场所应用到的机械设备进行合理配备。
期间,施工单位应该指派专人对现场所使用的锚杆进行性能检测,并做好锚杆除锈以及调直工作[1]。
与此同时,现场施工人员应该根据超前锚注支护施工部署方案,做好钻孔布置工作,保障各个孔位准确性,以防止出现偏差问题。
除此之外,施工人员应该利用专业钻孔工具对钻孔作业过程进行强化管理。
最好可以结合现场环境情况对钻孔速度以及方向进行适当调整,尽量将钻孔角度控制在合理范围内。
软岩巷道锚注支护技术王锁【摘要】Anchor is a common rock mass, internal sup-port form, easy and common support, learn from each other, playing to their respective advantages. Therefore, there are many joint support forms. The bolt grouting support is a good form of anchor injection and grouting joint. At present, the an-chor support has been widely used, especially in soft rocks and other unstable rock strata, which plays an irreplaceable role. Through the analysis of the mechanism of the bolt grouting, we can better anchor the bolt in practice. The important role of the bolt grouting support is found by the case of the anchor grouting support in the unstable rock tunnel.%锚杆是一种常见岩体内部支护形式,容易与普通支护联合,取长补短,发挥各自的优点。
因此,出现了许多联合支护形式,锚注支护就是锚喷和注浆联合的一种较好的支护形式。
目前,锚注支护已经得到了广泛的应用,特别是在软岩以及其他不稳定岩层中,发挥着不可替代的作用。
分析锚注支护的作用机理,可以更好地在实践中运用锚注支护。
大断面软岩巷道锚锚注复合支护方式的技术研究及应用摘要大断面软岩巷道支护是困扰我国煤矿支护的难题,本文主要以如何提高围岩的自身承载能力入手,提出锚锚注复合支护方式的技术研究及应用。
关键词软岩巷道;锚锚注复合支护;围岩残余强度中图分类号TD353 文献标识码 A 文章编号1673-9671-(2012)072-0128-021 当前软岩支护现状随着矿井开采深度的增加,各类开拓大巷在高地压松软围岩条件下非常难以支护,单一的支护形式已不能有效控制巷道的变形,多选择“先锚后架”或”先架后锚”等复合支护。
而松软围岩条件下,采用“先锚后架”或“架锚”复合支护,存在以下问题。
1)采用“先锚后架”或“架锚”复合支护时U型棚壁后充填不实,造成架棚支护和锚杆支护不能同步承载,使支架因不均匀承载而破坏,从而影响巷道的支护质量。
2)巷道支护成本过高。
3)高地应力,膨胀性、破碎性软岩一次支护为刚性支护时不能有效控制软岩巷道初期的大变形。
2 锚锚注复合支护方式的主要特点1)锚锚支护能够充分发挥、提高围岩自身承载能力,一次锚杆支护能够维护和保持围岩强度,在保证安全的条件下允许围岩在控制下释放变形,保证巷道较长时间的稳定和服务期的安全;2)在围岩变形后必须及时进行二次锚杆支护,提高围岩残余强度,保证巷道的安全性能,二次支护起到先柔后刚、以柔克刚、刚柔相济的作用,能较好地适应软岩巷道的变形特点,控制巷道的进一步变形。
3)采用锚锚注联合支护,劳动强度低、巷道维护费用低、综合经济效益好。
4)克服了传统的单纯提高支护强度的支护理念,采取卸压、加固与支护相结合的方法进行围岩治理,我矿南北开拓大巷的实践证明,锚锚支护安全可靠、经济效益显著。
3 支护实例1)我矿南翼轨道大巷受断层影响,巷道裂隙发育,围岩具有变形快,易风化,遇水易碎涨等特点,过去一直采用“架喷注锚”复合支护,支护成本达4万元/米,且掘进效率低,2012年采用综掘施工后,为提高掘进效率,我矿对支护方式进行了大胆的改革,决定采用“锚锚注”支护。
软岩巷道锚注联合支护技术随着我国社会主义市场经济的不断发展,矿产资源的开发和利用成为当前阶段社会关注的热点问题之一。
在本文的研究中,重点对影响支护设计效果的因素进行了简要分析,并以此为根据提出了相应的支护技术的合理性和支护效果。
大量实际施工案例证明,本文所研究的锚注联合支护技术在深部软岩巷道中的应用,具有良好的效果,保证经济效益的同时,也对巷道安全生产提供了客观意义上的支持。
标签:深部;软岩巷道;锚注支护引言在我国改革开放的过程中,社会各方面对于能源的需求不断增加,浅部资源日益减少,深度开采已经成为当前阶段矿山开采业普遍需要面对的问题。
而我国的煤矿生产过程中,同样面临深度开采的问题,尤其是在开采深度不断增加的过程中,软岩灾害的客观存在,对于矿井的整体生产能力有着直接的影响。
根据相关部门提供的数据显示,我国当前阶段煤炭井下作业的平均开发速度为6000 km/a,而在这一数据中,实际上深部软岩巷道占年巷道总量的28% ~30%[1] [7],如果不对软岩巷道的开发和加固给予足够的重视,那么安全生产也就无从谈起了。
1 工程概况淄博矿业集团唐口煤矿年产500万吨,立井开拓,井口标高为±39m[1],井底车场水平为-990m。
由于巷道埋深超千米,在巷道开拓和煤炭开采过程中必然面对地压大、岩层软的问题。
对这些问题进行相应的研究和探索,对于解决我国当前煤炭生产过程中的安全问题有着重要的现实意义。
2 辅助运输大巷修复加固支护设计辅助运输石门在实际的煤炭开采过程中具有非常重要的地位,是矿井重要运输生产线。
经过长时间的使用,巷道发生较大变形,这种情况下的巷道围岩整体状态已经非常危险,如果不经过相应的维护和加固处理,势必影响安全和生产。
通常情况下,采用高强超长组合锚杆与锚注联合支护加固拱墙模式进行处理,能够受到较好的效果。
其具体参数如下:1)高强螺纹钢锚杆:规格为¢22×2500 mm,在实际的应用过程中,基本间距为800 mm,排距为2000mm[2]。
关于软岩支护技术前言巷道支护是井工开采工程的核心,是一切安全生产和效益的基础,随着开采条件的日益恶化,采深的迅速增加,支护对井工开采的制约作用日趋明显,先进采矿方法能否实现,在很大程度上取决于巷道支护状况和有效断面能否得到保证。
第一节,深井巷道围岩强化支护技术体系及实践一,深部高应力巷道:常规支护不能满足要求的一类巷道。
1,采用传统的架棚支护、锚杆支护都不能有效维护巷道。
2,以德国为代表采用U型钢可缩性支架、壁后充填、预留变形量架棚支护的方式,也不能有效维护巷道。
3,常常在掘进时就需要多次卧底、返修。
为此:出路在于发展新型锚杆类支护综合治理比较乐观,目前遇到的大部分问题可以得到解决或改善。
如:德国向我国输入U型钢可缩性支架、壁后充填技术,在德国使用范围400-600米深,可是在我国达到400米深度就解决不了我国的问题。
二,深部支护问题:1,相当一部分埋深达到800-1000米的深井巷道支护难度不大,可以采用常规的支护技术解决,因此深井巷道支护并不都属于复杂困难支护巷道,我们关心的焦点是深部难支护巷道称为深部支护问题。
2,它通常是指主要由于巷道埋藏深度导致的围岩较高的水平应力,使相对软弱的岩体发生大范围破坏,并产生大变型的一类工程支护问题。
三,复杂困难条件:1,由于地层运动和成岩过程产生的强构造应力集中区,水平应力通常较大;这类构造区域内巷道变形有自身规律,其中顶板支护的安全可靠性要求较高。
2,膨胀性岩体、泥质岩体遇水泥化等条件,由于物理化学原因导致的岩体力学承载性能的衰减、岩体的变形等。
3,由于开采造成的次生应力集中区产生的巷道支护问题。
四,深井软岩成为支护重点:1,深部高应力巷道的两个显著特点:(1),原始应力水平相对围岩强度高。
(2),采动附加应力更趋强烈、围岩破碎区范围进一步加大,不易形成结构效应。
2,时间效应强烈、变形速度快,不易长期维护:(1),第一类,围岩软弱型、即软岩巷道;(2),第二类,采动影响型、即动压巷道;(3),第三类,深井高应力型、即深井巷道;五,巷道大变形、难以支护原因:1,围岩松软破碎:单轴抗压强度﹤10-20MPa;2,高应力:(1),深井(自重应力)(2),采动应力(原岩应力的3-6倍);(3),构造应力;3,松散破碎+高应力。
十年研究终得偿软岩支护有突破编辑:煤炭网【进入论坛】[网友评论0条]2003-3-15 0:00:00在近日召开的国家科学技术奖励大会上,由淮北矿业(集团)公司、淮南矿业(集团)公司、中国矿业大学和山东科技大学等4 家单位合作完成的“高应力极软岩工程锚注支护机理及技术研究与应用”成果,荣获国家科学技术进步二等奖。
近年来,随着我国煤矿开采范围和开采深度逐渐加大,矿井开采深度在600米以上的高应力极软岩巷道分布越来越广泛,应用传统的锚杆、U型钢等支护方式时,围岩和支护数月就遭到破坏,严重影响矿井的安全生产。
从上世纪90年代开始,淮北矿业(集团)公司组织科研人员对高应力极软岩巷道技术难题进行攻关,率先在临涣矿、祁南矿等矿井进行锚注支护的工业性研究与应用,并与淮南矿业(集团)公司、中国矿业大学、山东科技大学携手合作,开始进行高应力极软岩工程锚注支护机理及技术研究与应用。
经过长达10年的研究、实验和应用,科研人员先后攻克了锚注一体化、锚封一体化、可控压注浆、浆液扩散规律及控制、锚注岩体物理力学性质测试、锚注岩体声波测试等技术难关。
其中,在国内外首次研制成功的外锚内注式注浆锚杆和可控压内注浆锚杆分别获得了国家专利。
与原有支护方式相比,锚注支护方式能够有效控制高应力极软岩巷道的大变形,起到减少支护成本,减少资源损耗,加快巷道进度,缓解采掘接替,促进矿井安全等效果。
该项技术成果历时10年,先后在全国15个矿区大规模推广应用,锚注支护巷道累计长度17.5万米,节约资金高达4.9亿元。
2001年11月,安徽皖北煤电(集团)公司祁东矿发生突水淹井事故,排水历时4个月,采用U型钢支护、锚喷支护等支护方式的巷道均遭破坏,只有锚注支护的680米主大巷完好无损。
极软岩巷道锚注加固修复试验研究编辑:煤炭网【进入论坛】[网友评论0条]2002-5-31 15:22:29华心祝谢广祥郑高升 2) 于孝礼 2) 陈学德 2) 王德润(1.淮南工业学院,安徽淮南市,232001; 2.国投新集能源股份有限公司,安徽淮南市,新集,232171)摘要针对新集三矿极软岩巷道具体条件,分析了巷道破坏原因和锚注加固机理,通过FLA C数值模拟和实验室试验进行了锚注参数设计,工程应用实践表明,锚注参数设计正确,锚注加固效果明显,取得了显著技术经济效益。
关键词极软岩巷道锚注加固修复锚注参数注浆材料1 锚注加固修复巷道概况新集三矿-340m水平集中巷总长度为1020m,巷道原设计断面为半圆拱形,净宽3.4m,净高3. 0m,巷道布置示意图如图1,巷道原支护方式为U型钢支架与喷射混凝土联合支护,设计方位为262°30′,由于受地质构造影响,该段岩层产状发生急剧变化,岩层走向摆动13~14°,倾向发生倒转,巷道岩层柱状如图2所示,集中巷位于6层(泥岩)中,其围岩主要为泥岩、砂质泥岩,极为松软破碎,整体性差,泥岩遇水崩解。
该巷道从1997年10月开始施工,施工中呈现前掘后修的情况,巷道掘出仅3天,就产生明显变形,巷道掘出3~15天后,巷道变形最剧烈,底臌也极其严重,U型钢支架严重扭曲,U 型钢卡缆相互挤压和出现张嘴现象,巷道掘出不到两个月,巷道宽度由原3.4m缩小为1.8m,严重影响掘进的正常进行。
后虽经改棚翻修,但出现前修后坏的局面,至1999年7月,大部分巷道已经修复过3次,其变形仍持续增长、流变显著,维护极其困难,巷道几乎濒临报废,严重影响了矿井运输和生产的正常进行。
若继续改棚翻修,巷道变形仍难控制,且翻修费用极高;若另掘巷道,难以找到合适的层位,其掘进支护费用很高,且严重影响矿井西部采区的投产时间。
为既经济又能确保矿井运输和生产的正常进行,对巷道修复加固方〖HT〗2 集中巷破坏原因分析及锚注加固机理2.1 集中巷破坏原因分析(1)巷道围岩性质差,自承能力低。
通过对-340m水平集中巷现场采取岩石试样,在实验室测出集中巷围岩的力学参数并进行分析,结果见表1。
从表1看出,集中巷围岩为泥岩、砂质泥岩,泥岩和砂质泥岩性脆易碎,这些岩石对温度、湿度、水的作用甚为敏感,岩石强度急剧降低,泥岩遇水崩解后强度完全丧失,使巷道围岩自承能力急剧下降。
X-射线衍射对围岩矿物成分分析表明,主要矿物为高岭石,这种岩石遇水后使颗粒发生破坏产生软化、崩解,岩石流变显著,巷道变形增大。
(2)巷道四周不均匀承载,承载体受力条件恶化。
340m水平集中巷为急倾斜巷道,其水平压力一般较大,加上本矿区的巷道围岩性质较差,自承能力较低,使U型钢支架的承载能力大幅度降低,受力条件急剧恶化,使巷道断面多呈现出“尖桃形”破坏。
(3)地质构造因素。
原设计集中运输巷方位角为261°30′~262°30′,但在掘进中发现岩层走向摆动变化较大,倾向发生倒转,这说明该区域地质构造复杂。
利用套筒致裂法现场测试推算出该矿区原始地应力分布特征,揭示了该矿区存在残余构造应力。
在自重应力与构造应力双重作用下,导致巷道压力大,变形剧烈。
(4)巷道支护方式不合理。
U型钢支架的结构和形式过于单一,难以适应复杂多变的软岩巷道压力;我国现有U型钢支架的质量与国外先进水平比,尚有较大差距,如型钢屈服强度偏低,卡缆的结构和性能差,难以充分发挥其承载能力。
(5)水的因素。
调查表明集中巷围岩有淋水现象,集中巷底板低洼,积水较多,水的浸蚀使岩石软化和膨胀,巷道变形急剧增长。
表1 巷道围岩物理力学参数测试表(略)图2 巷道岩层柱状图(略)2.2 锚注加固机理长期以来,软岩巷道维护一直是煤矿生产建设中的难题,在软岩内布置巷道,围岩变形大,稳定性差,使巷道掘进和支护十分困难,而且屡遭破坏,需经常翻修,严重影响矿井的安全和正常生产。
多年来,软岩巷道围岩控制理论及支护技术一直是采矿工程学科的重要研究方向之一。
目前,对于极软岩巷道的支护,还没有一种完全行之有效的指导理论。
传统的锚喷支护已不适应高应力、大变形的软岩巷道;碹体支护由于施工复杂、成本高、变形量小,它与软岩的变形规律和支护要求不一致,难以适应软岩巷道支护;从支护技术上看,各种刚性支架与软岩巷道围岩变形规律不一致,而且支护成本高;以U型钢为主的各种可缩性金属支架因软岩巷道围岩变形大、支架受力不均也出现变形破坏。
锚注加固是一种理想的改善软弱围岩承载性能的措施。
锚注加固巷道围岩是利用空心锚杆兼作注浆管(简称注浆锚杆),注浆锚杆前段是带若干个射浆孔的注浆段,后段是锚固段。
松动和裂隙发育的围岩经过锚杆注浆加固后围岩强度等力学性能得到提高和改善,使破裂结构的围岩胶结成拱形连续体加固圈,同时注浆锚杆又起到悬吊、挤压、楔固组合拱等作用,防止围岩松动范围进一步扩展,从而使巷道径向应力减小到仅用较小支护阻力就能使围岩长期处于稳定状态。
因此,锚注支护采用锚杆与注浆相结合的双重作用达到加固围岩、控制围岩变形的效果,它可以大大地提高软岩巷道支护效果和围岩稳定性。
3 锚注加固参数设计3.1 数值模拟注浆固结体强度及注浆孔深度3.1.1 注浆固结体强度现场实施围岩注浆时,影响注浆效果的参数很多,如:注浆压力、注浆时间、注浆量、水灰比、注浆孔深度等。
通过合理设计与控制这些注浆参数,最终都希望达到一个共同的目标:将浆液注入围岩,使其与围岩固结在一起,形成注浆固结体,以实现控制巷道变形。
现采用注浆固结体强度这一综合指标来衡量各注浆参数组合使用后的效果。
通过FLAC数值模拟表明,当围岩强度提高55%~65%时,围岩位移量显著减少,此后,再提高注浆体强度,围岩位移量减少幅度不大。
因此,围岩强度提高60%较合理。
3.1.2 注浆孔深度注浆孔深度会影响注浆范围(围岩加固范围)的大小,为确定合理注浆孔深度,对不同孔深注浆后巷道变形情况进行模拟,围岩强度提高百分比取为60%,通过模拟表明,随注浆孔深度的加大,围岩移近量逐渐减少,特别是底臌量减少幅度更大。
当孔深超过1.5m时,底臌量就小于顶板下沉量,这对控制严重底臌极有意义。
当注浆孔深度在2~3m时,围岩位移量显著减少。
此后再增加孔深,虽围岩位移量仍有所减少,但减少幅度不大。
由此可见,适宜的注浆孔深度为2.5m左右。
3.2 注浆锚杆结构注浆锚杆自行设计研制,设计的注浆锚杆采用的无缝钢管制作,总长2000mm,注浆段 1300mm,锚固段630mm,尾部螺纹段70mm,注浆段钻有若干交叉射浆孔。
该注浆锚杆具有结构简单、成本低廉等优点。
注浆锚杆锚固段与钻孔岩壁间的密封性和锚固性是锚注支护成功与否的关键,要求所用的密封锚固材料既具有密封性好又具有短期就能提供足够抵抗注浆压力的能力,并要求密封锚固材料施工方便、快捷,此次试验采用棉纱紧密缠绕锚杆锚固段马牙,并用水泥封堵,以达到密封与锚固效果。
3.3 注浆材料-340m集中巷由于经过多次翻修,巷道围岩松动圈大,围岩空洞、裂隙多,注浆量大。
如何降低锚注的注浆成本显得尤为重要,在采用水泥单液注浆材料中加入其它细骨料以降低水泥用量是解决问题的有效方法之一,由于粉煤灰基本上具有与水泥相同的颗粒尺寸和级配分布,因而可在注浆材料纯水泥中加入部分粉煤灰。
为了选定合理的注浆材料,确定合理的浆材配比,在实验室对粉煤灰-水泥注浆材料的流动性、析水性、强度参数进行了试验研究。
研究表明:浆液中粉煤灰比例在20%及以下、水灰比在0.65~0.70时浆液的流动性最好,析水性最小,浆材28d龄期的抗压强度最大,且能满足注浆固结体强度提高的要求。
试件28d龄期浆材的抗压强度变化规律曲线如图3所示。
因此,从工程应用和技术经济考虑,粉煤灰-水泥锚注加固注浆材料中粉煤灰含量选取为20%、水灰比选为0.65~0.70。
3.4 注浆参数3.4.1 注浆压力注浆压力受到围岩特性、浆材性能、注浆方式等因素的影响和制约。
注浆压力过小,浆液难以向围岩中扩散,达不到预期注浆效果;若注浆压力过大,很可能导致在注浆过程中巷道表面冒顶或片帮。
由于集中巷道喷层较薄,强度低,本次设计注浆压力为2MPa。
3.4.2注浆孔布置为了注浆时不出现死角,保证注浆效果,注浆孔间排距一般取为注浆扩散半径的1.67倍,通过预注浆试验表明,集中巷注浆扩散半径平均为2.5m,因而间排距设计为4m。
结合FLAC数值模拟结果,注浆孔深度定为2.5m。
注浆孔布置为每个断面5个,左右帮各两个、顶部一个,注浆孔直径为43~45 mm,孔深为2500mm,注浆孔布置如图4所示。
4 现场工业性试验4.1 注浆设备〖JP3〗注浆设备主要包括注浆泵、高压胶管、搅拌机等,根据选型计算,注浆泵型号选为2 TGZ-60/210型,浆液采用搅拌机搅拌,搅拌机型号选为3B-200。
图3 试件28d龄期抗压强度曲线(略)图4 注浆孔布置示意图(略)4.2 锚注加固施工工艺锚注加固施工工艺流程是:施工准备-钻孔-安装锚杆-造浆-注浆施工-清理锚注机具。