东庞矿区应力集中区域注浆加固工艺

摘 要：依实际资料，选取合适的注浆方案，优化注浆参数，成功加固深部采区轨道巷，降低了成本。经实践证明，这是一种应力集中区域加固效果较好的工作方法。

关键词：应力集中 注浆 加固 工艺

中图分类号：TD355 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）05（c）-0079-01

东庞矿深部水平作为矿井生产的主力，面临着地压增大、应力分布密集、顶板破碎等问题，研究探索一些经济、实用、快速、有效的手段对局部应力集中区域进行加固，对矿井生产有着积极的作用。

11采区轨道巷外段有11采区避险硐室、充电硐室，区域内巷道纵横交错，应力分布密集，出现巷道顶帮喷体开裂、变形，巷道底板底鼓的现象，已影响到轨道巷及两个硐室的正常使用。考虑到以后21114工作面回采的动压影响及硐室、轨道巷用途的重要性，需对11采区轨道巷及充电硐室共计295 m巷道围岩提前进行锚注加固。

1 加固方案

通过注浆，可使浆液渗入裂隙，把裂隙两面的岩石粘结在一起，从而大大提高岩层的整体强度性能。根据注浆材料的不同，有三种可供选用的方案：（1）水泥注浆即浆液材料以水泥为主，包括添加其他少量的附加剂。（2）粘土注浆即浆液材料以粘土为主，包括粘土和水泥浆。（3）化学浆液即浆液材料以化学药液为主。

针对本区域的顶底板条件，经过反复分析比较后，确定实施成本最低、效果尚可的第一方案，即水泥注浆即浆液材料以水泥为主，添加水玻璃。水泥选用32.5 MPa普通硅酸盐水泥，水玻璃为40波美度，模数2.8～3.2。

1.1 注浆参数选择

（1）压注参数设计

①注浆压力：巷道顶、帮浅部注浆压力为3 MPa；巷道底板锚索孔注浆压力为6～6.5 MPa。

②注浆扩散半径R=（γgha/2s+a）β

式中：γ为水的容重，g为重力加速度，s为浆液剪切强度，h为注浆压力，a为岩层的间隙等值半径，β为时间系数。

实际施工时通过调整浆液的胶凝速度、渗透性和注浆终压，保证实际有效扩散半径不小于2.5 m。

③单孔吃浆量Q=AπR2LnB

式中：A为损耗系数，R为有效扩散半径，L为注浆段长，n为开口孔隙率，B为浆液充填系数。

（2）注浆材料配比参数设计

①水泥浆的水灰比应控制在（0.75～1）： l。

②水玻璃浓度一般应控制在20 Be’，水泥浆与水玻璃之比应控制在1：（0.1～0.3），用于跑浆时。

1.2 巷道顶、帮注浆孔布置参数

巷道顶、帮注浆孔孔深3.0 m，一排7个孔，排距4 m，其中正顶1个，顶板两肩部各1个，两帮各2个。295 m范围共布置74排计518个孔。浅部注浆孔孔径φ42 mm，孔深3.0 m。

1.3 底板组合锚索布置参数

（1）底板锚索参数：锚索选用直径为Φ15.24 mm的钢绞线3根编为一束大锚索。沿巷道方向相邻两根组合锚索用12#槽钢梁（长5 m，垫100×100×10 mm三孔托盘）连接。锚索长度为8.3 m。

（2）锚索布置参数：组合锚索排距4.6 m，每排2根交错布置，孔距2.2 m。295 m加固范围布置65排130根组合锚索。

（3）锚索孔结构：锚索钻孔孔径为φ89 mm；孔深8.5 m（孔底岩粉沉积约0.5 m）。

2 工程施工

2.1 前期准备

首先，现场准备好施工机具，包括潜孔钻机、锚杆机、注浆泵、搅拌机等。其次，现场准备好风水管路，确保风压不低于0.5 MPa，风量不低于30 m3/min、水压不低于0.4 MPa，水量不低于30 m3/h。

2.2 钻孔施工

（1）钻机：采用MQT-130/3.0C2型锚杆机、φ42 mm钻头施工顶、帮注浆孔；采用MKQJ90/25型潜孔钻机、φ89 mm钻头施工底板组合锚索孔。

（2）质量：施工角度误差小于5°，间距误差小于200 mm，孔深误差小于100 mm。可根据现场实际情况适当调整。

2.3 顶、帮注浆

（1）采用双液注浆系统，主要设备有注浆泵、水泥搅浆机、储浆池、吸浆桶等。

（2）注浆管安装

首先注浆管上缠绕适量的棉丝或水泥袋，然后在注浆管尾部安上专用安装器接在锚杆机上，用锚杆机将注浆管顶入孔中，外露75±25 mm。

（3）水泥注浆主要工序

制输浆：采用机械制浆，水灰比为0.75～1：1，水玻璃浓度由40Be’稀释成20 Be’，水玻璃用量一般为水泥浆用量的10%～30%。注浆泵排浆端采用φ19 mm高压胶管输送。

压注：采用双液注浆。根据压注设备的初始排量，压注过程中要时刻注意观察注浆孔周围巷帮情况，发现跑浆应及时处理。同时密切注意注浆泵的工作状况，发现异常立即处理，各孔浆液的浓度控制原则均为先稀后浓。一般情况下，注浆压力升至设计注浆压力并维持5 min即可结束注浆。

2.4 底板组合锚索施工

（1）底板组合锚索钻孔施工

施工前，首先按设计要求，选好孔位固定好钻机，用φ89 mm钻头打孔至设计孔深8.5 m。如果巷道底板破碎，无法成孔时，则钻进3 m后下4分注浆管进行注浆，24 h后再重新打孔至设计深度。

（2）底板组合锚索安装施工：

①将编好的每组大锚索分别顺直插入施工好的钻孔中直至孔底，然后从孔底反灌水泥浆20 L，当中水泥浆的水灰比为0.6：1。

②之后用钻杆下4分×3 m长注浆管，首先用16号铁丝将注浆管固定于锚索上并可上下移动，然后将其推入钻孔，外露500±50 mm，之后封孔。

③封孔完毕后通过注浆管对巷道底板深部进行注浆，同时实现底板组合锚索全长锚固，注浆压力4～6 MPa。

④注浆5 d后，可上槽钢梁并逐根涨拉锚索至100 KN。

3 结语

11采区轨道巷、充电硐室295 m范围巷道锚注加固共消耗水泥350 t，水玻璃30 t。取得了较好的加固效果且经济效益比较明显，是加固局部应力集中区域一种经济、有效手段。

参考文献

[1] 王国际.注浆技术理论与实践[M].徐州：中国矿业大学出版社，2000.

[2] 张农.巷道滞后注浆围岩控制理论与实践[M].徐州：中国矿业大学出版社，2004.