高應力軟巖大斷面巷道剛性支架 注漿加固支護技術(shù)

1、高應力軟巖大斷面巷道“剛性支架+注漿加固”支護技術(shù)河南神火煤業(yè)公司梁北煤礦 巷道圍巖控制是礦井開采首先要解決的問題之一，近年來，隨著礦井開采深度的增加，其中巷道圍巖位于軟巖巖層中的巷道逐年增加，巷道埋深逐年遞增。而軟巖開挖后，由于其圍巖變形速率快、圍巖變形量大，且變形持續(xù)時間長、巷道底鼓嚴重、圍巖整體穩(wěn)定性差、很難維護且支護成本高等因素，給煤礦的生產(chǎn)、安全造成很大影響。根據(jù)21采區(qū)西回風下山支護過程中的實際情況，分析了原有支護形式中存在的問題以及巷道的變形機理后，采用錨網(wǎng)索噴、u型棚支護+滯后注漿加固聯(lián)合支護方式，有效地控制了巷道圍巖的變形破壞，取得了良好的支護效果。一、工程概況：21采區(qū)西回

2、風下山最深埋深為-806m，布置在二1煤下部，掘進過程中迎頭巖性為炭質(zhì)泥巖、一17煤層、砂質(zhì)泥巖、l8灰?guī)r。21采區(qū)西回風下山會有地質(zhì)構(gòu)造存在，根據(jù)以往超前探鉆資料及21采區(qū)西回風下山、21采區(qū)皮帶下山，21采區(qū)西回風下山剩余巷道施工至結(jié)束可能有地質(zhì)構(gòu)造存在，褶皺不甚發(fā)育，僅在單斜構(gòu)造上沿走向發(fā)育了些小的起伏或次級褶皺。對巷道掘進會造成影響的含水層為太原組上段灰?guī)r含水層、太原組下段灰?guī)r含水層、寒武系灰?guī)r含水層。寒武系灰?guī)r含水層上距設計巷道底板最小距離為38.3m。該含水層巖溶裂隙較發(fā)育，富水程度強，屬于典型的深部高應力軟巖巷道。二、破壞機理：巷道最大埋深為-800m，巖性差，巷道頂板為泥巖，底

3、板為泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖，具有強度低和松散破碎的特點，巷道埋深大、地壓強，地質(zhì)構(gòu)造復雜。在這樣的條件下，錨桿的可錨性差，托盤上的巖石被壓碎，錨桿實際阻力偏低，導致圍巖體處于流變狀態(tài)沒有得到有效控制。巷道掘進過程中圍巖應力重新分布，軟巖或極軟巖巷道每次修復后支護受力和變形有所減小，支護讓壓不夠，剛強不足，多次落底、挑頂翻修造成松動圈逐漸擴大，隨著時間推移變形壓力又迅速增大，出現(xiàn)屢修屢壞的現(xiàn)象。巷道變形量大，尤其在過斷層后，頂板軟巖黑矸區(qū)域，頂?shù)装逑鄬ξ灰屏枯^大達到350mm,為保證通風斷面需進行挑頂維修。巷道圍巖變形持續(xù)時間較長，該巷道巖體具有明顯的流變性，巷道在每月觀察中均存在錨索壓折或錨桿

4、盤壓掉的現(xiàn)象，巷道圍巖的穩(wěn)定性并沒有得到有效的控制巷道初期變形量較大，巷道建成初期，一周之內(nèi)巷道收縮量達到400mm，不能起到應有的支護效果。圖1. 巷道變形觀測圖三、巷道支護方案依據(jù)原有巷道的支護分析，確定采用“錨網(wǎng)索噴+u型棚支架+滯后注漿”聯(lián)合支護方式來控制巷道圍巖的穩(wěn)定性，該支護方案的優(yōu)化在于滯后注漿，滯后注漿支護是在錨網(wǎng)噴支護和全封閉鋼支架支護的基礎上通過注漿錨桿注入漿液，巷道圍巖能夠保持較大的殘余注漿壓力，大幅改善圍巖的應力狀態(tài)，同時較高的注漿殘余壓力的漿液充滿到圍巖裂隙、錨桿與錨網(wǎng)的間隙及深部的裂隙區(qū)形成了高密度錨桿、固結(jié)漿液和淺部巖體的骨架結(jié)構(gòu)，擴大了承壓范圍。1根據(jù)礦壓資料的

5、分析、巷道層位關(guān)系和工程類比法確定:巷道采用錨網(wǎng)噴+錨索梁+u36鋼棚+錨索梁+注漿的聯(lián)合支護方式。錨網(wǎng)噴+錨索梁為一次支護，u36鋼棚+錨索梁+注漿為二次加固支護。21采區(qū)西回風下山支護斷面為u36鋼棚支護斷面。一次支護凈斷面為：凈寬凈高=5700mm4350mm，二次支護凈斷面為：凈寬凈高=5000mm4040mm；巷道掘進斷面s掘=21.9m，巷道支護s凈=17.5m。2.永久支護參數(shù)的確定：根據(jù)工程需要一次支護斷面為凈寬5700mm凈高4350mm半圓拱形斷面，二次加固采用規(guī)格為5000mm4040mm的u36鋼棚支護。根據(jù)工程需要一次支護斷面為凈寬5700mm凈高4350mm半圓拱形

6、斷面，二次加固采用規(guī)格為5000mm4040mm u36鋼棚支護。錨桿支護利用工程類比法及現(xiàn)場經(jīng)驗選擇端錨固法加固頂板，按加固拱原理計算：錨桿長度：=（1.1+w/10）=1.2(1.1+5.8/10)=2.02m，取3m。式中：n圍巖穩(wěn)定性影響系數(shù)，取1.2m；w巷道跨度；錨桿直徑：=l/110=0.019m=19mm，取20mm。錨桿間距：d0.5l=0.52.04=1.02m，間距取0.7m。錨桿排距：d0.5l=0.52.04=1.02m，排距取0.7m。根據(jù)以上計算：一次支護采用20mm3m右旋等強錨桿，間排距700700mm，k2360和z2360錨固劑各一卷進行錨固，6鋼筋網(wǎng)，1

7、2mm鋼筋梯子梁。頂部施工5排錨索托梁（由巷中向兩側(cè)均勻布置），間排距1.4m1.4m，錨索21.6mm12m，每根錨索采用一卷k2360和三卷z2360進行錨固，托梁采用12#工字鋼加固，梁長2.3m，噴c15砼，厚度50mm。二次支護采用u36鋼棚，棚腿扎角1.5，棚距700mm（搭接600mm、使用3道卡纜）均勻布置5道筋笆力，背棚時預埋3排t型灌漿管，間排距3.0m2.8m，拱頂向兩側(cè)均勻布置。架u36鋼棚后，采用6排錨索托梁鎖棚，間排距2.1m1.4m，錨索為21.6mm12m，每根錨索采用一卷k2360和三卷z2360進行錨固，托梁采用12#工字鋼加固，梁長2.3m。錨索梁施工后，

8、進行噴c15砼，厚度以覆蓋u36鋼棚外沿為準。噴漿后方可進行灌漿加固，灌漿時先底部后拱頂，灌漿使用425#水泥，水灰比(質(zhì)量比1.25:11：1)，灌漿壓力不得小于1.5mpa。巷道灌漿后，進行注漿加固。一次注漿采用262000mm注漿錨桿，間排距2.52.8m；二次注漿采用262800m注漿錨桿，間排距2.52.8m，注漿采用425#水泥，水灰比（質(zhì)量比1.42:1），注漿壓力不得小于3.5mpa；注漿順序由巷底至拱頂。圖2.二次支護斷面圖四、“錨網(wǎng)索噴+u型棚支架+滯后注漿支護施工順序 放炮掘進臨時支護支護錨桿、錨索初噴50mm厚砼架u型棚補打加固錨索復噴100mm厚砼滯后架棚20m開始灌

9、漿滯后灌漿地點15m開始施工注漿錨桿并進行注漿封閉。五、施工機具及設備1、打錨桿、錨索孔機具：myf-125/330型液壓鉆機。2、注漿設備及相應技術(shù)參數(shù)：zbysb8.32.5/2715型煤礦用液壓注漿泵。 圖3.設備外觀圖表1.參數(shù)表排漿流量0-9.3 m/h排漿壓力0-7mpa往復次數(shù)0-41次/min漿缸直徑130mm電機功率15kw整機質(zhì)量468kg六、技術(shù)關(guān)鍵1.灌漿孔、注漿孔灌漿孔利用架棚期間預留灌漿管；注漿孔按照設計要求，先對巷道進行打眼，并把注漿錨桿固定到所打孔眼內(nèi)，根據(jù)每班注漿情況，確定本班打注漿錨桿數(shù)量，原則上同列錨桿（灌漿管）一次可注4根，同排錨桿（灌漿管）的注漿順序由

10、巷道下部至拱頂。2注漿工藝流程把水泥和水倒入儲液箱內(nèi)（容積不小于0.15m），使用人工或機器進行攪拌，邊攪拌邊進行注漿。注漿地點與拌料地點間距不得低于5m，注漿人員及拌料人員原則上站在施工地點的巷道上方進行作業(yè)，然后由注漿泵吸入泵內(nèi)，通過注漿錨桿（灌漿管）壓注到巷道壁后。1）注漿前的準備工作把注漿使用的注漿泵及注漿材料準備齊全，高壓管路、球閥、直通接頭、扳手、備用抗震壓力表（量程0-16mpa為宜）等，保證施工進度。2）注漿系統(tǒng)試運轉(zhuǎn)注漿系統(tǒng)形成后必須進行以下試運轉(zhuǎn)檢查工作：籠頭吸漿是否正常，注漿泵運轉(zhuǎn)是否正常；各部件連接是否牢固，壓力表是否靈敏及同步；注漿管是否漏水，固定是否牢固；在每次注漿

11、之前，必須做壓水實驗，以便檢查注漿管的注漿效果及漿孔周圍巷道壁的裂隙出水情況。3）注漿（灌漿）（1）按規(guī)定的注漿工藝流程和注漿參數(shù)進行正式注漿。（2）停注時先關(guān)閉注漿泵，再打開泄壓閥，最后用清水沖洗注漿管路。（3）在注漿過程中每班必須派專人負責嚴密監(jiān)測巷道壁狀況，發(fā)現(xiàn)異常情況，立即停止注漿并采取措施。4）常見事故及特殊情況處理（1）注漿中發(fā)現(xiàn)壓力突降而吸漿量突然增大，或已注入一定量的漿液而注漿壓力仍然不見回升時說明漿液進入空隙或裂隙泄露，此時應查明原因，可采取加大水泥漿濃度，縮短凝固時間等方法處理。（2）注漿中發(fā)現(xiàn)泵壓驟增，可能是注漿管路堵塞，應立即停泵檢查，找出原因及時處理，保證注漿工作順利

12、進行。（3）若巷道壁發(fā)現(xiàn)異常，有裂隙或掉塊應立即停止注漿工作。七、支護效果分析 1巷道支護效果：按照上述支護方案對巷道進行支護施工后，對巷道圍巖進行監(jiān)測，通過監(jiān)測發(fā)現(xiàn)巷道的兩幫及頂?shù)装遄冃瘟考白冃嗡俾识驾^小，具體情況如下：采用“錨網(wǎng)索噴+u型棚支架+滯后注漿”后，巷道收縮變形量較小，頂?shù)装遄冃瘟亢蛢蓭褪湛s變形量分別小于125mm和100mm，21采區(qū)西回風西山連續(xù)4個月內(nèi)基本上未發(fā)生變化。2巷道支護經(jīng)濟效益：21采區(qū)西回風下山采取原有的支護方式，巷道每米的材耗為3700元，巷道每米的程造價為6500元，巷道每米投入為10020元。同時巷道后期新進行人工挑頂及重新錨網(wǎng)支護每米材耗為1400元，每米修巷的工程造價為1200元，按照修巷+原有巷道支護共計投入13620元/m。采用新型的支護方式每米的材耗為5000元，巷道每米的工程造價7214元，