大直径管棚掩护注浆超前支护在顾桥矿-780m南翼胶带机大巷地质异常带中应用

摘要：论文从巷道拱部进行管棚超前支护、利用管棚掩护注浆进行论述分析。联合工程实际分析论证了该注浆技术方案的合理性及有效性，为类似巷道提供了可参考的注浆加固模式，取得了预想效果。

关键词：大直径、管棚、大流量、高压力、大直径掩护注浆

1、概况

根据分段深孔高压大范围超前预注浆加固情况注浆用水泥103.6吨，水玻璃482kg，注浆量较大，施工过程中存在安全隐患问题，为充分填充围岩裂隙，起到加固顶板掩护掘进的作用，故对进行巷道拱部进行管棚超前支护、利用管棚掩护注浆。

2、注浆方案设计及注浆工艺

2.1超前预注浆阶段注浆基本达到预期要求，施工过程中主要存在以下问题：

（1）打钻过程中发生喷孔现象，喷孔距离达到10m 以上。

（2）单孔最大喷煤屑、水、石子等达14m3以上。

（3）打钻过程中夹钻、抱钻、埋钻现象时有发生。成孔性差、容易卡钻、下管难度大。

根据超前预注浆加固施工情况，结合顾桥矿-780m南翼胶带机大巷支护注浆专家研讨会，确定如下方案：

采用大直径管棚超前支护，同时利用管棚掩护注浆进一步加固顶板，保障顶板施工安全。

在止浆墙后退1棚开始改棚1-2m，形成有利于钻孔布置和施工的临时空间，改棚净尺寸：宽×中高（B×H）=5000×4100mm，侧腿外扎角为87°。

管棚钻孔共21个，开孔间距300mm。扩大断面后，距离棚梁500mm开孔，孔深15m，倾角10°。可先按照1.2m间距钻孔并注浆，注浆固结后再按照0.6m间距钻孔并注浆，最终达到钻孔间距0.3m。

2.2注浆设备、配件及管路安装：

本次注浆选用一台2TGZ―60/210型注浆泵；一台0.3m3立式搅拌桶。

一台2ZBYSB-200~50-5~15-37煤矿用液压注浆泵；一台0.6m3立式搅拌桶。

2.3注浆材料：普通水泥浆+水玻璃双液浆。水泥采用52.5普通硅酸盐水泥，水泥浆水灰比0.8～1：1，水玻璃模数n=2.4～3.4，波美度Be′=30～40，常用Be′=35。浆液中掺水泥用量3～5%的35Be°水玻璃。

2.4开孔钻头规格、注浆管规格：

钻头直径采用Φ113mm，注浆管采用外径Φ73mm、壁厚8mm的无缝钢管，两段之间用丝扣连接，丝扣螺纹段长度不小于150mm。钢管上钻溢浆孔，孔径为Φ10mm，孔间距500mm，呈梅花型布置。钢管尾部6m不钻孔作为止浆段，封孔深度为5m。（特殊情况采用Φ73mm钻杆为注浆管）

2.5注浆压力：

根据该注浆断层的特殊性，注浆压力选用静水压力的2.0～2.5倍，注浆终压一般控制在20Mpa，不得低于15Mpa。

2.6注浆：

待放浆池、水泥、搅拌桶、注浆泵、输浆管路（选用Φ25mm高压多层钢丝胶管）、球阀（选用三片式Φ25mm高压球阀）、压力表（选用40Mpa抗震压力表）、注浆管孔口加上150mm丝，以便于安装便头球阀，注浆下入注浆孔之后，孔口管外侧必须封闭严实（固管采用聚氨酯、水泥水玻璃双液浆），一切准备齐全后，即可连接管路注浆枪头(枪头需用铁丝进行二次加固)，制浆，注浆。

注浆结束后或中途停止时。应先停泵，再关闭孔口球阀，然后打开注浆枪头泄压球阀，待管路及泵体压力降为0Mpa后，再打开孔口球阀，入出现堵管或停泵时间较长时，要及时吸清水冲洗注浆泵及管路，防止浆液在泵内或管内凝固。

为了确保注浆效果，先采用2ZBYSB-200~50-5~15-37煤矿用液压注浆泵大流量、低压充填；再采用2TGZ―60/210型注浆泵小流量、高压加固；若漏浆严重采用双液浆封堵。

2.8封口：

注浆结束后，要及时封孔以防止浆液泄漏，孔口安装球阀只需关闭球阀即可。（水泥单液浆24小时后即可拆除孔口球阀，双液浆8小时后即可拆除孔口球阀）

3、现场注浆附图、记录、注浆效果

1）管棚注浆后巷道剖面示意图

2）管棚开孔布置图 管棚开孔位置与超前预注浆孔位置关系

3）管棚注浆后巷道平面图

3.2顾桥矿-780m南翼胶带机大巷管棚注浆情况

3.3注浆效果：

注浆后巷道拱补没有大的变形，迎头应力明显减小。在掘进过程中起到了巷道顶部掩护作用。

4、注浆技术分析、效果评价

4.1 浆液在裂隙中充填固结后，不但封闭了裂隙，也阻止了水侵入，同时也阻止了巷道围岩的进一步风化。

4.2由于浆液在裂隙中的胶凝作用，使破碎岩块重新胶结成一个整体，使管棚和巷道顶部围岩形成一个掩护注浆掩护壳，使之与巷道支架共同承载压力；充分发挥围岩的自稳作用；调动加固后的围岩的承载能力；防止冒顶事故的作用。

4.3 为确保注浆效果，可采用多孔循环交替式间隔注浆获得注浆加固效果。在进行管棚注浆时要害是获得管棚内外形成厚约2m的注浆加固圈,但由于巷道顶部岩石破碎，注浆浆时浆液在压力作用下通过这些断层裂隙时,而不能在管棚附近均匀扩散,从而使注浆加固圈无法形成。为此,根据经验采用间歇注浆法,即当长时间注浆压力上不来时,阐明浆液顺空隙泄流至断层裂隙,这时将浆液凝结时间调剂至30～50s,注浆1～5min,停40s,待原注入浆液初凝变稠后再注,如果效果不佳适当注双液浆。如此重复,则本来的漏浆通道逐渐变小并最终堵塞,浆液即在管棚周围达到均匀扩散的目标。

4.4待上一轮注浆凝固后，再进行下一轮注浆，这样可以进一步提高注浆效果。

4.5根据管棚掩护注浆超前支护施工结束后，巷道迎头开挖所揭示的情况, 在开挖线外形成了牢固的护拱棚架作用,总体质量达到了优。从注浆成本上看，虽然成本有所提高，但可以使该断层顺利通过后期的经济效益更为明显。

4.6 大直径管棚掩护注浆超前支护这一注浆支护方法可以在类似条件的巷道进行推广应用。