鐘志強(qiáng)

（新疆哈巴河縣阿舍勒銅業(yè)股份有限公司 哈巴河 836500）

1 研究目的

阿舍勒銅礦多數(shù)永久巷道存在來壓現(xiàn)象，產(chǎn)生地段多破碎帶、礦區(qū)斷層、礦巖接觸帶等區(qū)域。通過注漿技術(shù)改變圍巖力學(xué)性質(zhì)，使圍巖對(duì)于變形的自控性能以及整體性能得以強(qiáng)化。且注漿后可對(duì)存在空隙、裂縫進(jìn)行較佳地控制，從而使圍巖的一體性與堅(jiān)固性得到有效保障，同時(shí)也能防止先前存在的縫隙不再擴(kuò)展，提升圍巖強(qiáng)度，保證施工的安全，使礦井作業(yè)效率得以提高。

通過一系列相關(guān)試驗(yàn)，確定出合適的注漿相關(guān)參數(shù)。井下現(xiàn)場實(shí)際注漿實(shí)驗(yàn)選擇在地下應(yīng)力大、巷道服務(wù)時(shí)間較長的軟破凝灰?guī)r或斷層破碎帶區(qū)段進(jìn)行，預(yù)期實(shí)驗(yàn)將達(dá)到以下要求：漿料3d抗壓強(qiáng)度大于10MPa、0.5水灰比滲透范圍達(dá)5m、巖性膨脹變形率降低50%、相比傳統(tǒng)支護(hù)方法費(fèi)用降低10%。

1.1 項(xiàng)目總體目標(biāo)與研究內(nèi)容

優(yōu)化注漿參數(shù)，選取更有優(yōu)點(diǎn)的材料，達(dá)到更好的注漿效果，控制圍巖變形破壞。通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)，得出超細(xì)水泥注漿的合理配比。

1.2 項(xiàng)目研發(fā)總體思路與工藝技術(shù)路線

針對(duì)不同的情況采用不同的注漿參數(shù)以及不同的注漿材料。針對(duì)圍巖裂隙大于10mm的區(qū)域采用普通水泥注漿，針對(duì)裂隙小于10mm的區(qū)域采用超細(xì)水泥注漿。為保證高濃度漿液的流動(dòng)性，需通過對(duì)比試驗(yàn)，選擇合適的助流劑及其添加配比。

施工步驟：用YT-28鉆機(jī)施工Φ40cm注漿鉆孔，鉆孔盡量垂直巖面，深度2～3m，鉆孔間排距2～2.5m。孔內(nèi)安裝長度2～3mΦ18cm螺紋鋼水泥卷錨桿，并將50cmΦ15注漿鋼管放入鉆孔內(nèi)，外露10～15cm，用水泥速凝錨固劑封口。為防止漏漿，采用巷道素噴方式止漏（厚度3～5cm）。注漿前需檢查注漿管是否堵塞，錨桿是否有松動(dòng)。后期通過錨桿拉拔力檢測、地質(zhì)鉆取芯、地表試塊單軸抗壓試驗(yàn)等方式論證效果。

2 研究過程

2.1 注漿參數(shù)確定

2.1.1 助流劑選型

超細(xì)水泥由于細(xì)度高和表面積大，保水性很強(qiáng)，把這種漿液灌注地層后將因多于的水分不易排除，導(dǎo)致巖石強(qiáng)度顯著降低，同時(shí)高濃度普通水泥漿液因漿液濃度增加而產(chǎn)生的流動(dòng)性降低的問題，也需要解決。為此公司采購了兩種不同的助流劑，通過實(shí)驗(yàn)對(duì)比，選擇合適的助流劑類型和配比。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)三組助流劑配比，分別試用于普通水泥和超細(xì)水泥，通過塌落度實(shí)驗(yàn)和單軸抗壓強(qiáng)度測試，選擇確定助流劑類型和添加配比。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1。

綜合對(duì)比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，助流劑A的性能略好于助流劑B，助流劑的在100：1（水泥：添加劑，重量比）的配比下效果明顯最好。助流劑對(duì)的抗壓性能無明顯影響。故確定選用助流劑A作為注漿添加劑，添加配比為100：1。

2.1.2 注漿半徑確定

選擇具有代表性的巷道進(jìn)行注漿，通過鉆取巖芯來確定注漿擴(kuò)散半徑。

通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)高濃度普通水泥漿液在裂隙大于10mm的區(qū)域注漿擴(kuò)散半徑在3-4.5m。高濃度超細(xì)水泥漿液在微裂隙區(qū)域擴(kuò)散半徑在1.5-2.5m（根據(jù)裂隙發(fā)育程度和注漿工藝區(qū)別，可能有所浮動(dòng)）。

由于設(shè)備以及工藝問題，無法對(duì)其他參數(shù)（注漿壓力、凝固時(shí)間等）進(jìn)行準(zhǔn)確測量分析，故按照工人現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，綜合考慮將普通水泥的注漿孔排距設(shè)置為2.5m，每排布置2個(gè)，超細(xì)水泥的注漿孔排距設(shè)置為2m，同樣每排布置2個(gè)。

2.2 現(xiàn)場注漿實(shí)驗(yàn)

2.2.1 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

為保證注漿錨桿的錨固質(zhì)量及圍巖注漿過程中的封孔效果，錨桿必須按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行加工和安裝；注漿泵水平放置在巷道底板上，不允許注漿泵在注漿過程中有晃動(dòng)、傾斜等現(xiàn)象發(fā)生，隨時(shí)注意對(duì)拉桿及行程閥杠桿等活動(dòng)部位的潤滑；漿液必須按照設(shè)計(jì)配比進(jìn)行調(diào)配，調(diào)漿前篩除水泥中的雜物，并在專門的調(diào)漿容器中進(jìn)行調(diào)漿工作；開泵前先檢查觀察注漿、管路等的變化情況，如有異常，應(yīng)立即停機(jī)檢查，待查明原因、排除故障后，方可繼續(xù)工作。部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖1、2，部分注漿管堵塞，無法進(jìn)行注漿。

2.2.2 數(shù)據(jù)分析

圖1 注漿錨桿安裝效果圖

圖2 整體安裝效果圖

每孔的實(shí)際注漿量的大小，在實(shí)驗(yàn)中存在較大差異，與圍巖間的裂隙聯(lián)通有關(guān)，如幾個(gè)注漿孔之間裂隙聯(lián)通，從其中一個(gè)孔可能會(huì)注滿整個(gè)聯(lián)通的裂隙，從而其他孔的注漿量降低，而其中個(gè)別孔的注漿量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他孔。所以不能以單純的注漿量來衡量注漿效果。同時(shí)為保證實(shí)驗(yàn)有效性和準(zhǔn)確性，應(yīng)在一段時(shí)間后進(jìn)行錨桿拉拔實(shí)驗(yàn)和圍巖變形監(jiān)測來綜合驗(yàn)證注漿效果。

2.2.3 存在問題及后期

①水泥漿液在現(xiàn)場調(diào)制，由人工攪拌，消耗時(shí)間較長，平均每次拌料耗時(shí)20分鐘，每次拌漿僅能注3-5個(gè)孔，效率低。②人工拌料，漿液中存在結(jié)塊現(xiàn)象，導(dǎo)致漿液濃度與設(shè)計(jì)值存在差異。③漿液沉淀離析較快，需要不停地?cái)嚢琛＂車鷰r來壓變形不是十分明顯的區(qū)域，注漿量十分有限，漿液難以注入。

3 研究結(jié)論

根據(jù)目前實(shí)驗(yàn)進(jìn)展來看，高濃度、高流動(dòng)性注漿技術(shù)對(duì)地壓的控制效果暫時(shí)不能有效檢測，但是通過一系列實(shí)驗(yàn)和分析，初步確定了注漿的相關(guān)參數(shù)和技術(shù)要點(diǎn)，通過后期繼續(xù)研究觀測，將確定注漿支護(hù)的有效性以及經(jīng)濟(jì)性。若達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)，可以逐步在井下各中段進(jìn)行適用，同時(shí)替代目前代價(jià)較大的工字鋼和U型鋼支護(hù)工藝，對(duì)深部巷道或者圍巖破碎區(qū)域可以考慮采用全斷面注漿支護(hù)加固，以減少后期維護(hù)費(fèi)用和對(duì)生產(chǎn)的影響。