矿井巷道支护加固中注浆技术的应用

Application of Grouting Technology in Mine Roadway Support and Reinforcement

Quan Jihua

（重庆华地工程勘察设计院，重庆 400042）

（Chongqing Huadi Engineering Survey and Design Institute，Chongqing 400042，China）

摘要： 在矿山生产与建设的过程中，巷道稳定性控制是一项难题，特别是具有集中的断层破碎带，同时在很大程度上受到构造应力的影响时，很容易导致巷道失稳，造成整条巷道垮落冒顶甚至报废。采用注浆加固技术通过巷道冒落区，能很好地解决巷道施工中的冒顶问题，加快施工进度，解决矿山掘进中的施工安全问题。

Abstract: In the process of mine production and construction, tunnel stability control is a challenge, especially fault and fracture zone which has the character with concentration, and meanwhile, influenced by the tectonic stress in a large part, which is easy to lead to tunnel instability, brings about caving and roof fall of the whole tunnel, even causes scrap. Adopting grouting reinforcement technology passing caving area can solve the problems of roof fall in the construction of tunnel, speed up the construction progress, and also ensure construction safety in the mining excavation.

关键词： 巷道支护 巷道冒落区 注浆加固

Key words: roadway support；caving area of roadway；grouting reinforcement

中图分类号：TU74 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）32-0107-02

0引言

出现冒顶问题大多是在巷道通过矿岩接触带、断层以及破碎带等地段。巷道围岩注浆加固理论，使用围岩壁内注浆技术，能提高围岩力学性能，加强其整体性和控制其变形，支护机理主要体现在：①围岩继注浆后可良好地闭合先前的裂隙、节理，控制它们深层次地发育，改善围岩强度；②普通锚杆能通过注浆技术拥有全长锚固锚杆良好性质，对加固巷道破碎围岩十分有利；③注浆能加强围岩的残余强度，提高其内摩擦角，增强岩体的支撑能力；④注浆后，提高了围岩的整体性，减小了其松动圈半径，使其应力圈状态得到改善。

1巷道围岩的可注性

围岩的可注性是指在单位浆液压力下，单位体积被注浆岩体的注浆量。单条裂隙的裂隙长、宽度同它的渗透量呈现正相关，围岩的注浆性能受其很大影响，因此，应认真调查围岩裂隙。由于岩体的非均质各向异性，造成浆液在岩体内部不同方向渗透不均匀。我们在研究渗透性时，浆液的渗透系数有着关键作用，围岩孔隙率自身和浆液的性质等因素都决定着渗透系数。构造带岩体通常较为破碎，具有相对大的渗透系数。

渗透系数表达式如下：K=k■（1）

式中：k为渗透张量；ρ为流体密度；μ为流体粘滞系数。

当渗流在岩体中表现为各向异性时，通常用渗透张量来表征围岩的渗透特性。下面是各向异性岩体的渗透张量表达式：

K■=■■■δ■-n■（l）n■（l）（2）

式中：be（l）为第z组不连续面的等效水力开度；λ（l）为第Z组不连续面的间距；n（l）为第Z组不连续面的法线方向余弦；δ■为Kmnecker函数；g为重力加速度；μ为流体粘滞系数。

2注浆方案设计

2.1 注浆范围。开挖轮廓线外2～3m，要求开挖区顶板以上不小于3 m，两帮以外不小于2m。

2.2 注浆段长。我们使用钻杆注浆，满足各段注浆有2m的长度，开挖1.5m，并且预先留0.5m以作止浆墙。

2.3 钻杆布置。自开挖轮廓线向上和两侧辐射状布置注浆钻孔。每循环布置见图1。

2.4 注浆压力。按照经验数据，注浆终压应不大于2.0MPa。

2.5 浆液注入量。首先根据各根钻杆设计的固结体积，然后按照冒落矿岩的孔隙率，充分考虑到浆液损耗系数和浆液有效填充系数，在设计中，单根钻杆浆液注入量是300～400L。

2.6 注浆结束标准。从原则上来讲，注浆终压应满足设计要求，同时进浆量在设计的80％以上。

3注浆施工

3.1 注浆材料及配比①使用425#普通硅酸盐水泥和波美度为420，模数为2.4～2.8的水玻璃双液注浆。②根据注浆设计规定以及现场施工条件，我们确定了以下两种配比范围：一是1：0.6～1：0.8；二是0.5：1～1：l，凝胶时间是50―100s。

3.2 注浆设备①钻孔设备。使用YT一28型气腿式凿岩机钻孔。钻杆规格为Φ28mm×6mm，长为2～2.5m，旧柱齿钻头（规格为Φ38mm）安装在其前端，其尾部车有螺蚊，另外钻杆使用的是厚壁无缝钢管制作的。在钻孔的过程中，钻杆尾部经过套筒和活动钎尾相连；在注浆时，其经过联接头和注浆泵的胶管连接。钻杆顺着长度方向钻有数10个注浆小眼，其规格为Φ6mm。②注浆泵。我们使用的双液调速高压注浆泵，其型号为2TGZ-60／210。③搅拌机。我们使用的是同注浆泵（TGZ-60／210型）相配套的搅拌机。

3.3 注浆工艺①注浆顺序。依据的原则是先两帮后顶板的顺序。各侧帮的顺序应为先下再上，顶部的顺序为从一边按次至另一边。为了容易将各冒落松散矿岩表面的浮粉去除，加强注浆粘结体的强度，在各孔注浆前，我们通常先使用适量的清水压注。②浆液配比。按先稀后浓逐级变换配制。③异常情况处理。在施工过程中往往会产生吸浆管不吸浆等现象。出现此种异常情况是由于停留在混合段排浆管内的水玻璃浆液凝固速度快造成的。我们要马上把泵的两个进浆管放入清水，并且为了方便解决异常现象后继续注浆，还应更换高一级泵速冲洗混合排浆胶管和钻杆。

3.4 注浆后开挖与支护①采用人工配风镐的方式开挖，局部需要打眼爆破时，要在最大程度上控制炸药量。②每循环开挖进尺均在1.5m上下，开挖完毕，马上采用喷射砼以作暂时支护；开挖时，在注浆不是很好的地方，应使用木棚进行支护。通常每开挖两到三个循环后，应再使用喷射砼做二次补强支护。

4注浆效果

4.1 通过观察开挖后掌子面的固结状况，可获得良好的固结效果，在岩体中具有密实的浆液，对掌子面进行取样测定，7d的固结强度均大于5MPa。

4.2 在开挖掌子面时，开挖区下半部分用人工配风镐进行，上半部分采用打眼爆破手段开挖，因为固结良好，先前设计注浆后用木支护的方法就不需要了，通常情况下，只需要喷射砼作补强支护就可实现预期效果。

4.3 对注浆地段两个不同断面的巷道进行6个月的监测，可以看出加固后的前2个月巷道四周有显著的收敛，第3个月已达到稳定效果。

4.4 实践证明。采用水泥――水玻璃作为胶结材料，以注浆技术加固塌落岩体具有可行性。然而，假如要加固相对松软的石英角斑凝灰岩，并实现相同的效果，则仍需要我们进一步开展工作。

参考文献：

[1]杨天鸿，唐春安，徐涛等．岩石破裂过程的渗流特性一理论、模型与应用[M]．北京：科学出版社，2004．

[2]马国彦，常振华．岩体灌浆排水锚固理论与实践[M]．北京：中国水利水电出版社，2003．

[3]康红普，姜铁明，高富强．预应力在锚杆支护中的作用[J]．煤炭学报，2007，（7）．

――――――――――――

作者简介：全吉华（1966-），男，重庆人，矿建高级工程师，研究方向为矿山工程设计和井巷施工技术。