摘 要:在分析A地區(qū)煤礦巷道年久失修的基礎上,對錨桿注漿技術的原理及其相關特征進行詳細分析,并結合A地區(qū)井下煤礦巷道的修復問題,探討錨桿注漿施工技術在煤礦巷道中的實際應用,從而確保良好的社會效益與經濟效益,同時對今后修復煤礦巷道井下巖石破碎提供了工藝保障與實施經驗。
關鍵詞:錨桿注漿;煤礦巷道;技術原理;實踐
中圖分類號:TD353
引言:針對煤礦巷道井下巖質過軟、破碎程度嚴重等問題,采用錨桿支護措施起到加筑作用。過去幾年,國家及相關科研單位研發(fā)了多種利用錨桿組合提升巷道支護效果穩(wěn)定程度的工藝手段,如錨網噴協(xié)同二次支護技術和封閉型金屬伸縮支護技術等,然而受技術缺陷影響,施工返修現(xiàn)象過于頻繁。近幾年隨著科學技術的發(fā)展,兩種新型支護概念誕生,分別是高水速凝材料與U型金屬架和伸縮錨桿配合注漿,以及錨噴錨桿注漿加強巷道巖體穩(wěn)定性。相對另一種支護技術,錨桿注漿工藝在支護效果、復雜程度以及所需成本等方面有諸多優(yōu)勢。
一、錨桿注漿技術原理及其特點分析
1.錨桿注漿技術原理
錨桿注漿與錨噴工藝協(xié)同填縫,組合為具有層次感的拱型噴網、拱型錨桿緊縮和拱型液體驅散的整合性網絡系統(tǒng),加強了結構的承重力及其影響范圍,使支護效果的穩(wěn)定性及其承載性符合實際標準,結構示意圖如下[1]。
2.錨桿注漿的特點
(1)周邊存在縫隙,漿液填充裂縫形成密封,阻止氣體進入其中避免了風化現(xiàn)象,降低了巖體的破碎程度,同時也杜絕了巖體遭受水浸影響巖質的可能,確保了巖體的穩(wěn)定程度。
(2)錨桿注漿使巖體內部瑣碎環(huán)境及其外部縫隙進行粘連,整合后圍巖強度與穩(wěn)定度得到提升,巖質相比過去其內部環(huán)境更加緊湊,錨桿、鋼絲和巖體相互作用提高了巖體的承重強度。
(3)巷道巖體破裂后巖體內部過于松散,支護體與噴層容易受不規(guī)則力的影響,從而導致多種力聚集某處造成突破性損害,錨桿注漿可使巖體內部結構緊密充實,避免上述遭受破損的可能[2]。
(4)以往錨桿的性能較弱,承重力不強穩(wěn)定性欠佳,通過注漿增強了錨桿的固化度與全長度,形成層次分明的拱型網絡,各面均可受重,從而有效提升了巷道支護質量。
(5)應力在拱、墻以及底端的作用效果,在錨桿注漿前后均有著不同的表現(xiàn),在注漿的作用下,本來對拱產生壓力的應力轉移到墻體,墻體再將載力轉移到下板,又因為拱型系統(tǒng)擴大層次較多,使下板的受力影響減弱,尤其能夠降低底鼓現(xiàn)象的發(fā)生頻率,使支護承重效果更明顯,確保整體結構趨于穩(wěn)定。
二、錨桿注漿在煤礦巷道中的實踐分析
1.A地區(qū)煤礦巷道概述
實地考察A區(qū)得知,該地巖質較軟,煤礦區(qū)域受壓程度較深,巷道形變、破損問題急需重視。而巷道形變造成剖面積嚴重縮水,道口風速明顯上升,軌道受其影響有所破損,貨運存在安全隱患,易引發(fā)事故。上述巷道問題多存在泥巖區(qū)域,巷道受壓致使錨噴噴層出現(xiàn)裂縫,巖塊掉損率高,部面積縮水,并且鋼絲受損,導致巷道形變[3]。過去作業(yè)時因過斷層等原因使用29U鋼代替錨噴支護,護棚部分區(qū)域發(fā)生形變,剖面積不比以往。由于該地區(qū)煤礦巷道破損已嚴重威脅到生產的安全性,必須在第一時間給予維修,以保障支護的穩(wěn)定性。
2.A區(qū)巷道形變原因
煤礦巖體受損、巷道形變等問題,通常情況下與絕對應力有著直接的關系。絕對應力一般指地層里不受外界施工等因素干擾的作用力,特別對巷道施工、挖掘、開拓等方面起到了較大的作用。絕對應力包含了兩種力,即地質構造力和頂板帶來的重力應力。地質構造力顧名思義,是指長久以來因地質運動及結構復雜多變進而形成的一種力,該應力幅度受地質環(huán)境變化及結構的活躍度影響,地質構造方向決定著力的作用方向,是評價煤礦巷道穩(wěn)定程度的重要參考依據(jù)。而重力應力的大小只受頂板和開采深度影響,頂板產生較大壓力,所以支護體所受承重力也越來越大,一旦壓力超出支護體承重范圍時就會造成巷道形變[4]。結合實際調查,對地質構造應力和重力應力進行比較,發(fā)現(xiàn)重力應力產生的作用力要小于地質構造力,并且制約地質構造力大小的因素較多,應力穩(wěn)定程度不強,時刻威脅著煤礦巷道的可靠性。
3.修復措施
對各種錨桿組合方式的支護技術進行橫向比較,并通過相關試驗得出結論,認為煤礦巷道破損修復施工中,使用錨桿注漿工藝效果更加顯著。結合被損壞巷道剖面的實際情況,按照作業(yè)標準刷大到相應尺寸,掛鋼絲線的同時將一般錨桿置于其中,再布置用來注漿的錨桿于頂端、底部和相關部位,最后注漿,要注意整個過程前后都要進行噴砼作業(yè)。巷道29U鋼伸縮支護部位首先進行拆除,按照作業(yè)標準刷大到相應尺寸,最后使用錨桿注漿工藝進行穩(wěn)固維修。
4.施工技術
(1)煤礦巷道錨噴工藝實施,首先對破損巖體進行剝除并處理雜物,然后按照作業(yè)標準刷大剖面至相應尺寸,其中巖體若破損過于嚴重,提前進行注漿作業(yè)提升穩(wěn)固度;其次對一般錨桿進行打孔,掛好鋼絲線并安置一般錨桿于相應區(qū)域,并開始首次噴砼處理,要求標準45毫米;再次,進行注漿錨桿造孔,并將注漿錨桿分別放置于頂端與底腳;最后進行第二次噴栓處理,要求標準45毫米。施工完畢觀察質量是否符合要求,如有必要可針對未處理好區(qū)域采取二次注漿。
(2)煤礦巷道架棚工藝實施,首先進行棚體拆除作業(yè),其中巖體若破損過于嚴重,提前進行注漿作業(yè)提升穩(wěn)定性,并按照作業(yè)標準刷大剖面至相應尺寸;其次對一般錨桿進行打孔,掛好鋼絲線并安置一般錨桿于相應區(qū)域,并開始首次噴砼處理,要求標準45毫米;再者進行注漿錨桿造孔,并將注漿錨桿分別放置于頂端與底腳;最后進行第二次噴栓處理,要求標準45毫米[5]。施工完畢觀察其質量是否符合作業(yè)標準,如存在未達標區(qū)域則進行二次注漿。
5.施工案例分析
A區(qū)煤礦第二水平620m構造面褶皺彎曲,周邊巖質較軟,由于受煤礦開采、絕對應力和巖質過軟等因素影響,導致77走風巷道發(fā)生形變,道口風速明顯上上升,風氣濕度過高使軌道受損程度較深。以往采用的工藝是錨網索噴進行支護,但是頂部、側方受壓現(xiàn)象明顯,底鼓問題仍然沒有解決,煤礦巷道形變嚴重導致巷道的使用率和安全性大大降低,目前決定采用錨桿注漿技術修復巷道缺陷。
錨桿注漿技術所需支護材料,通常有泥漿、石粒、黃砂、鋼絲網、聚酯樹脂固化劑、注漿錨桿及一般錨桿。
注漿錨桿規(guī)格。由鑄鐵管制成,Φ23x2060毫米,桿壁厚度為5毫米,錨桿注漿孔規(guī)格為Φ7毫米,使用快硬水泥卷進行封孔作業(yè)。注漿錨桿和巷道外線條呈90度按剖面形放置,每排間隔距離1500x1500毫米,位于底部注漿錨桿和底端距離500毫米,允許切入角范圍40-45度。
一般錨桿規(guī)格。Φ23x2300毫米,每個孔位配備兩套聚酯樹脂固化劑,錨桿承重力不小于7.2t。一般錨桿按剖面形放置,每排間隔距離650x650毫米。
鋼絲網規(guī)格。Φ7毫米鋼絲制作,網格規(guī)格95x95毫米,幅度750x750毫米,網壓茬規(guī)格95毫米。
噴砼規(guī)格。25MPA強度,首次噴栓厚度45毫米,復次噴栓厚度45毫米,奔砼材料配比如下所示,石砬:黃砂:泥漿=2.5:2.5:1。
注漿參數(shù)。以水泥漿為主,使用425一般硅酸鹽水泥,注漿壓力標準2.5-3.5MPA,水泥灰料配比范圍0.8-1.2。
錨桿注漿工藝實際效果總結。A地區(qū)77走風采用錨桿注漿技術修復巷道,相應參數(shù)符合實際標準,迄今為止已運行26個月,兩幫收縮控制范圍35-116毫米,后續(xù)監(jiān)測均未出現(xiàn)大規(guī)模巖體破損,修復成本較之前大幅下降。主要因為錨桿注漿技術所提供的支護性能較強,日后雖然煤礦巷道不能避免受壓問題從而導致形變,但由于二次噴層首先掉落無法影響拱型系統(tǒng)的性能,巖體完整度并未受太大影響,幾乎不會發(fā)生常見礦井事故,待巷道維修時稍做處理就好,后續(xù)修復量較少因此減少了對應成本。
結束語:
利用錨桿注漿工藝對A地區(qū)煤礦巷道進行修復,通過構建拱形承重網,使承重結構層擴大影響范圍,使巷道安全性穩(wěn)定性得以提升,同時其成本費用所需更少,有效提升了礦井作業(yè)環(huán)境水平,和其它支護技術比較優(yōu)勢明顯,具有較強的經濟社會效益。
參考文獻:
[1]康紅普,姜鵬飛,楊建威,王志根,楊景賀,劉慶波,吳擁政,李文洲,高富強,姜志云,李建忠.煤礦千米深井巷道松軟煤體高壓錨注-噴漿協(xié)同控制技術[J].煤炭學報,2021,46(03):747-762.
[2]崔曉剛.煤礦煤層巷道掘進支護技術工藝的探討[J].機械管理開發(fā),2021,36(02):186-188.
[3]董鑫,李鵬.煤礦采礦工程巷道掘進和支護技術的應用研究[J].內蒙古煤炭經濟,2020(05):198.
[4]徐光曉,胡長嶺.小屯煤礦巷道變形規(guī)律及支護技術研究[J].煤炭科技,2019,40(05):114-115+119.
[5]李朋朋. 深部軟巖巷道圍巖穩(wěn)定性分析與控制技術研究[D].山東科技大學,2017.
作者簡介:朱勝利(1983—),男,漢族,湖北竹山縣人,本科學歷,畢業(yè)于河南理工大學采礦工程專業(yè),現(xiàn)于平煤股份十三礦總辦室工作,工程師。
1993500520226