李河超，賀　輝

(1.山西潞安集團(tuán) 蒲縣后堡煤業(yè)有限公司，山西　臨汾　041206；

2.山西西山晉興能源有限責(zé)任公司 斜溝煤礦，山西　興縣　033600)

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·技術(shù)經(jīng)驗·

“鋼架棚+雙液漿注漿”聯(lián)合加固法的研究與應(yīng)用

李河超1，賀輝2

(1.山西潞安集團(tuán) 蒲縣后堡煤業(yè)有限公司，山西臨汾041206；

2.山西西山晉興能源有限責(zé)任公司 斜溝煤礦，山西興縣033600)

摘要針對斜溝煤礦回風(fēng)斜井出現(xiàn)的井筒兩幫墻體砼開裂、拱頂砼脫落、鋼筋外漏、底板相對鼓起并伴隨著多點(diǎn)滲漏等現(xiàn)象，采用“鋼架棚+雙液漿注漿”聯(lián)合加固法，對回風(fēng)斜井井口以下進(jìn)行U型鋼拱形支架加強(qiáng)支護(hù)，對底板、底角、幫及拱部進(jìn)行注漿加固，井筒修復(fù)取得良好的效果，井筒淋水得到了有效的遏制，確保了礦井的安全生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞鋼架棚+雙液漿注漿；聯(lián)合加固；井筒；修復(fù)

1基本情況

斜溝井田屬于河?xùn)|煤田離柳礦區(qū)，井田南北長22 km，東西寬約4.5 km，總面積88.64 km2.礦井位于興縣縣城北直線距離20 km處的嵐漪河兩側(cè), 行政區(qū)劃隸屬于興縣魏家灘鎮(zhèn)和保德縣南河溝鄉(xiāng)。礦井工業(yè)廣場位于興縣魏家灘鎮(zhèn)，距興縣和岢嵐縣城均為50 km.煤炭地質(zhì)儲量22.4億t，可采儲量12.4億t，設(shè)計生產(chǎn)能力1 500萬t/a，主采8#、13#煤層，6#煤層局部可采。

礦井采用斜井開拓，一號和二號主斜井擔(dān)負(fù)煤炭提升任務(wù)兼做進(jìn)風(fēng)井，副斜井擔(dān)負(fù)材料、設(shè)備、人員的運(yùn)輸任務(wù)兼做進(jìn)風(fēng)井?；仫L(fēng)斜井和回風(fēng)立井擔(dān)負(fù)礦井的回風(fēng)任務(wù)。

回風(fēng)斜井全長651.6 m，傾角25°，拱形斷面，凈寬5.6 m，凈高4.6 m.明槽開挖段為井筒井口至斜長28 m，采用鋼筋砼砌碹支護(hù)，支護(hù)厚度為400 mm，“三七”灰土回填。暗槽段斜長28.7～63 m，采用12號槽鋼金屬支架+錨桿、錨索、金屬網(wǎng)噴射混凝土聯(lián)合支護(hù)，支護(hù)厚度為400 mm.基巖段斜長63 m至井底，采用錨噴支護(hù)，噴射混凝土厚度100 mm.

該井筒于2008年10月投入使用，2014年6月的例行檢查中發(fā)現(xiàn)回風(fēng)井口周圍地表有下沉跡象，井口以下31.5～37.5 m井筒兩幫墻體砼開裂、拱頂砼脫落、鋼筋外漏、底板相對鼓起及行人臺階開裂，井筒破裂段伴隨著多點(diǎn)滲漏現(xiàn)象，同時存在幾個明顯的相對集中出水點(diǎn)，并且破裂、滲漏現(xiàn)象存在繼續(xù)發(fā)展擴(kuò)大的趨勢。

2主要研究內(nèi)容

針對以上井筒損壞情況，提出修復(fù)加固方案：

1) 在回風(fēng)斜井井口以下17.6～41.6 m架設(shè)29號U型鋼拱形支架加強(qiáng)支護(hù)。

U型鋼拱形支架選用29U型鋼加工，共分成4節(jié)加工，組合成型后整體呈直柱半圓拱形，凈寬5.6 m，凈高4.8 m，柱腿直線段高度2.0 m(入底板0.2 m)，半圓拱段半徑2.8 m，其外斷面契合于井筒內(nèi)斷面，即架設(shè)完成后，U型鋼支架貼合于井筒內(nèi)壁(不預(yù)留背板空間)，具體設(shè)計見圖1.

圖1　U型鋼拱形支架設(shè)計圖

U型鋼支架頂部2節(jié)井圈，依據(jù)端部的連接板，采用4根預(yù)緊螺栓連接，頂部井圈與墻幫井圈采用2道U型鋼專用卡攬搭接，井圈與井圈之間采用拉鉤連接，每個井圈設(shè)2個拉鉤環(huán)并焊接50 mm 6分鋼管，在鋼圈的底端斷面位置焊接200 mm×200 mm×20 mm鋼板作為鐵鞋。

支架與支架間距為0.6 m，支架采用木楔背緊，整體采用由上至下的架棚施工順序，先架最上一架棚，然后由上至下，依次完成40架鋼棚的架設(shè)。

2) 底板、底角、幫及拱部注漿加固。

a) 底板注漿加固。

底板注漿加固段跨度設(shè)計為井口以下15～63 m，采用淺、深孔布設(shè)方式，淺孔與深孔的排距為2.0 m，共計施工60個注漿孔，其中淺孔36個，深孔24個。

單數(shù)排(1、3、5…)為淺孔，孔深1 000 mm，每排布置3個孔。雙數(shù)排(2、4、6…)為深孔，孔深為2 000 mm，每排布置2個孔。各孔與底板均呈垂直布置，即注漿孔方向與井筒底板的夾角為65°，具體見圖2.

圖2　底板加固淺、深孔間排距布置示意圖

b) 底角注漿加固。

底角注漿加固段設(shè)計跨度為井口以下15～40 m，注漿孔布設(shè)于幫底位置，開孔點(diǎn)位于斜井底板，距離左幫、右?guī)头謩e為300 mm、250 mm，淺孔與深孔的排距2.0 m，每排布置2個孔，共計施工24個注漿孔，其中淺孔12個，深孔12個。

單數(shù)排(1、3、5…)為淺孔，孔深1 000 mm，雙數(shù)排(2、4、6…)為深孔，孔深為2 000 mm，各孔與底板均呈垂直布置并向外偏40°，見圖3.

圖3　巷幫底角加固孔布置示意圖

c) 幫及拱部注漿加固。

幫及拱部注漿加固段設(shè)計跨度為井口以下20～73 m，注漿孔布設(shè)于井筒兩幫和拱部，淺孔與深孔的排距2.0 m，共計施工95個注漿孔，其中淺孔56個，深孔39個。

單數(shù)排(1、3、5…)為淺孔，孔深1 000 mm，每排布置4個孔，雙數(shù)排(2、4、6…)為深孔，孔深為2 000 mm，每排布置3個孔。注漿孔與井壁垂直，見圖4，圖5.

圖4　幫及拱部淺、深孔布置示意圖

圖5　幫及拱部淺、深孔布置平面示意圖

d) 架棚段淺孔眼和深孔眼的位置調(diào)整。

由于在井口以下17.6～41.6 m已架設(shè)U型鋼拱形支架，此段注漿淺孔與深孔布置位置根據(jù)現(xiàn)場實際情況可做出適當(dāng)調(diào)整，但保證每排注漿孔數(shù)不變。

e) 鉆進(jìn)成孔及封孔。

注漿孔鉆進(jìn)采用風(fēng)錘進(jìn)行，采用d42 mm鉆頭鉆進(jìn)至鉆孔深度，安裝6′焊管加工的孔口管；淺孔孔口管長度為1 000 mm，深孔孔口管長度為2 000 mm；封孔采用棉紗加錨固劑，即在孔口管管口150 mm左右纏上棉紗塞入注漿孔內(nèi)，外口用錨固劑充實，孔口管外露不超過50 mm.

孔口管采用6′焊管加工，孔口管長度分別為1 000 mm、2 000 mm，管口向里400 mm為實管，管口處開20 mm長的絲扣，余下長度每隔100 mm在注漿管上打1個對穿孔，呈“十”字花布置，以便于水泥漿液更好的滲透，孔口管設(shè)計示意圖見圖6.

圖6　孔口管設(shè)計示意圖

f) 注漿順序。

先進(jìn)行底板及巷幫底角注漿，先淺孔后深孔，由下向上依次注漿至淺孔結(jié)束，然后進(jìn)行深孔注漿；再進(jìn)行幫及拱部注漿，也采用先淺孔后深孔，先幫部后拱部由下而上進(jìn)行；最后進(jìn)行單點(diǎn)明水點(diǎn)注漿封堵。單點(diǎn)明水點(diǎn)注漿見圖7.

圖7　單點(diǎn)明水點(diǎn)注漿示意圖

g) 注漿壓力。

控制注漿壓力的主要目的是保護(hù)斜井井壁，防止由于注漿壓力過大而發(fā)生井壁致裂的現(xiàn)象。

井壁強(qiáng)度效驗采用下式進(jìn)行：

式中：

P—注漿部位井壁能承載的壓力，MPa；

E—井壁厚度，m，取0.4；

R0—井筒的凈半徑，m，取6；

K—井壁材料的允許抗壓強(qiáng)度，K=R/n，MPa，取15；

R—井壁材料極限抗壓強(qiáng)度，MPa，取30；

n—安全系數(shù)，取2;

Pc—注漿壓力，MPa.

通過上述計算，結(jié)合以往注漿經(jīng)驗，幫及拱部注漿設(shè)計終壓不得大于1.0 MPa，底板注漿壓力不得大于0.8 MPa， 對于明水點(diǎn)封堵注漿終壓不得大于0.8 MPa.

h) 注漿材料及參數(shù)和設(shè)備。

淺孔注漿均采用雙液漿，雙液漿能夠在短時間(30～180 s)內(nèi)凝固，對滲漏水裂隙和漏漿縫隙進(jìn)行封堵，使圍巖外層形成一圈止?jié){層，從而達(dá)到堵漏的目的。雙液漿材料主要選擇水泥和水玻璃，水泥選用4.25R普通硅酸鹽水泥，水玻璃選用40 Be′,模數(shù)為2.8～3.2的水玻璃。雙液漿中水泥漿(0.8∶1)與水玻璃體積比為1∶0.5～1[1]，根據(jù)現(xiàn)場裂隙的大小及漏漿程度，選擇不同的配比，水玻璃的含量由大到小，則凝固時間由長變短，擴(kuò)散半徑由大到小[2].

深孔均采用單液水泥漿，材料主要選擇4.25R普通硅酸鹽水泥，水灰比為0.8∶1(2/3桶水，5袋水泥)。

注漿所用設(shè)備為ZBY 3/16-22型煤礦用液壓注漿泵、LJ-300型攪拌機(jī)、鐵皮儲漿桶等，注漿系統(tǒng)示意圖見圖8.

圖8　注漿系統(tǒng)示意圖

3效果

通過采用“鋼架棚+雙液漿注漿”聯(lián)合加固法對回風(fēng)斜井損壞區(qū)域進(jìn)行修復(fù)處理，回風(fēng)斜井的損壞情況有了很大的改善，井筒得到了修復(fù)，并且由于水泥水玻璃雙液漿的的作用，井筒淋水得到了有效的遏制，確保了礦井的安全生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]劉玉祥，柳慧鵬.水泥-水玻璃雙液注漿中的最優(yōu)參數(shù)選擇[J].礦冶,2005，14(4)：1-3.

[2]楊曉華，俞永華.水泥-水玻璃雙液注漿在黃土隧道施工中的應(yīng)用[J].中國公路學(xué)報,2004，17(2)：69-72.

Rearch and Application of the United Reinforcement Technology of Steel Shed + Double Injected Grouting

LI Hechao, HE Hui

AbstractIn view of both sides wall concrete cracking, vault concrete falling off, rebar exposing, relative heaving floor and multipoint water leakage on return air shaft in Xiegou coal mine, adopts the united reinforcement technology of steel shed + double injected grouting, strengthens the supporting of U steel arch support, and carries out the grouting reinforcement to floor, cormer, side and arch. The shaft repair obtains good effect, the water spray on shaft gets effective control, ensures the safe production of the coal mine.

Key wordsSteel shed + double injected grouting; United reinforcement; Shaft; Repair

中圖分類號：TD352

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1672-0652(2016)01-0017-03

作者簡介：李河超(1987—)，男，山西運(yùn)城人，2011年畢業(yè)于太原理工大學(xué)，助理工程師，主要從事井巷工程研究(E-mail)497187075@qq.com

收稿日期：2015-11-02