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        中空注漿錨索在破碎復(fù)合頂板加固中的研究與應(yīng)用

        2022-02-08 11:35:38吳方超
        煤炭與化工 2022年12期
        關(guān)鍵詞:圍巖

        吳方超

        (冀中能源股份有限公司 章村礦,河北 邢臺 054100)

        章村礦為百年老礦,在用巷道總長42 000 多米,巷道線路長,失修巷道較多。對于圍巖穩(wěn)定性較好的巷道,該礦采用高強(qiáng)度錨網(wǎng)索支護(hù)技術(shù),取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益;對于圍巖較破碎、穩(wěn)定性差的巷道,由于錨桿、錨索錨固劑與破碎圍巖的粘結(jié)力小,其力學(xué)性能不能充分發(fā)揮,單獨(dú)采用錨網(wǎng)索支護(hù),已不能滿足巷道圍巖的支護(hù)強(qiáng)度,因此,注漿加固技術(shù)是否能夠有效控制破碎圍巖的變形顯得尤為重要。

        章村礦26 采區(qū)2下2610 下巷掘進(jìn)至f2612-3斷層附近時(shí),地壓顯現(xiàn)明顯,巷道受力大,而圍巖以砂質(zhì)泥巖為主,巖性異常松軟、裂隙發(fā)育,頂板巖層夾多層煤線,其吸水易膨脹、瓦解,該巷道掘進(jìn)及其整修后,其底鼓、兩幫均發(fā)生強(qiáng)烈變形,巷道返修量大,給巷道支護(hù)造成了極大困難,因此,改進(jìn)巷道支護(hù)方式,確保巷道頂板安全勢在必行。

        1 概 況

        章村礦2下2610 下巷破碎復(fù)合頂板段位于該礦4226 采區(qū)2下2610 工作面中部,有2 條縱橫交錯(cuò)的斷層,落差2~8 m,該段直接頂為復(fù)合頂板,夾有多層煤線,主要巖性為砂質(zhì)泥巖及泥巖,層理極為發(fā)育,巖石結(jié)構(gòu)松軟,巖石較破碎,圍巖條件惡劣。2下2610 下巷破碎復(fù)合頂板段上部為2 號煤采空區(qū),層間距在12 m 左右。該段巷道頂板原采用錨網(wǎng)索+U 型鋼架棚聯(lián)合支護(hù)。2下2610 下巷復(fù)合頂板段巖性情況見表1。

        表1 2 下2610 下巷復(fù)合頂板段巖性情況Table 1 Lithology of composite roof section of No.2lower2610 roadway

        2 巷道變形原因分析

        章村礦26 采區(qū)2下2610 下巷自2 號煤2610工作面回采結(jié)束后,其低洼處一直被水淹沒,2020年,巷道整修至該段水淹區(qū)域時(shí),發(fā)現(xiàn)巷道變形嚴(yán)重,頂板下沉,大部分U 型鋼扭曲變形,甚至有一部分U 型鋼頂拱和柱腿已脫開或折斷,不能有效支護(hù)頂板。巷道原掘進(jìn)斷面規(guī)格為4.5 m×2.5 m(寬×高),變形后最小斷面僅為2.8 m×1.3 m(寬×高),收縮量達(dá)到68%,不能滿足使用需要。

        2下2610 下巷靠近f2612-3 斷層地段煤層頂板大部分為泥巖夾煤線,巖性較軟,不利于巷道支護(hù),且該地段初期掘進(jìn)時(shí)頂板一直有淋水,弱化了頂板的強(qiáng)度。巷道變形產(chǎn)生裂隙時(shí),頂板淋水順裂隙向下流動,沿裂隙面對頂板進(jìn)行沖刷,錨桿錨索長期受水沖刷侵蝕,造成錨桿錨索銹蝕變細(xì),抗拉強(qiáng)度大幅降低,裂隙面進(jìn)一步擴(kuò)大,導(dǎo)致頂板完整性進(jìn)一步惡化。

        2下2610 下巷靠近斷層段施工時(shí),采用正常的錨網(wǎng)支護(hù),針對頂板變軟有淋水的情況,初期僅采取了加密錨桿錨索并補(bǔ)套U 型鋼的支護(hù)方式,而且該段巷道受2 號煤2610 工作面里段回采影響,該段正好位于停采線以外60 m 范圍內(nèi),采動超前壓力大,受2 號煤采動以及靠近斷層帶頂板破碎、構(gòu)造應(yīng)力等多重因素疊加影響,由于巷道支護(hù)強(qiáng)度不夠,頂板產(chǎn)生離層下沉,且對淋水未進(jìn)行任何處理,導(dǎo)致巷道變形破壞嚴(yán)重。

        3 錨注加固方案

        2下2610 下巷靠近f2612-3 斷層附近約40 m范圍巷道頂板破碎,巖性為泥巖或砂質(zhì)泥巖,同時(shí),不同層位之間夾有煤線或炭質(zhì)泥巖等軟弱夾層,原巷道采取錨網(wǎng)索+U 型鋼進(jìn)行聯(lián)合支護(hù),但是由于受2 號煤2610 里工作面開采影響,該段巷道變形嚴(yán)重,U 型鋼80%以上出現(xiàn)斷粱折柱現(xiàn)象,頂板已出現(xiàn)深部和淺部離層。針對2下2610 下巷頂板破碎段軟弱層多、裂隙發(fā)育、淺部離層的特點(diǎn),先采用密排錨索方式對頂板進(jìn)行加固,然后采用中空注漿錨索對深部和淺部進(jìn)行耦合注漿加固,使巷道頂板重新形成一個(gè)完整體,有效的控制了頂板下沉。

        該段整修時(shí),鑒于巷道深部和淺部均已離層的狀況,因此該段首先采取密排錨索先加固頂板的支護(hù)方式,錨索梁垂巷布置,一梁五孔,錨索采用8.3 m 高強(qiáng)度鋼絞線錨索;錨索加固完畢后從后向前交叉布置中空注漿錨索,進(jìn)行淺、深部注漿。中空注漿錨索淺部出漿口位置在孔口以上3 m,深部出漿口位置位于孔口以上6 m。加固錨索和注漿錨索布置如圖1 所示。

        圖1 加固錨索和注漿錨索布置示意Fig.1 Arrangement of reinforcing anchor cable and grouting anchor cable

        注漿錨索采用中空設(shè)計(jì),錨索中孔作為鉆進(jìn)高壓風(fēng)水通道和注漿通道,其安裝、預(yù)緊方式與普通錨索完全相同。中空注漿錨索由鋼絞線、托板、錨具、止?jié){塞等組裝而成。

        注漿錨索結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

        圖2 注漿錨索結(jié)構(gòu)Fig.2 Grouting anchor cable structure

        中空注漿錨索技術(shù)參數(shù)見表2。

        表2 中空注漿錨索技術(shù)參數(shù)Table 2 Technical parameters of hollowgrouting anchor cable

        注漿液水灰比為0.5,注漿液配制選用硅酸鹽水泥強(qiáng)度等級為42.5,并摻入ACZ- 型水泥注漿添加劑,摻量為硅酸鹽水泥重量的8%。

        4 注漿錨索施工工藝

        4.1 安裝注漿錨索

        (1) 安裝前計(jì)算樹脂錨固劑錨固長度,不得超過1.5 m。中空錨注錨索出漿口位于錨索前端1.5 m 處,錨固長度超過1.5 m 左右會阻塞出漿口,無法出漿。

        (2) 中空注漿錨索安裝之前要檢查出漿口位置,不得堵塞,保持出漿暢通。

        (3) 在安裝中空注漿錨索時(shí),先放1 卷MSC K2335 樹脂錨固劑,再放1 支MSZ22360 中速樹脂藥卷用中空錨索徐徐推入鉆孔,在距錨索尾部1.0 m 處纏繞包裝布或面紗,然后用錨桿機(jī)進(jìn)行攪拌,之后裝上錐形橡膠止?jié){塞(錐頭向里)與托盤,再旋轉(zhuǎn)尾部螺母進(jìn)行封孔并進(jìn)行初步張拉預(yù)緊。

        (4) 根據(jù)孔口形狀選擇棉紗用量,保證孔壁與索體空間填滿棉紗,對于扁平孔需多用棉紗將長軸兩端封住。封口時(shí)將錐形止?jié){塞穿入中空錨注錨索內(nèi),頂入鉆孔中。止?jié){塞安裝完畢后安裝錨索托盤和鎖具,進(jìn)行張拉,保證托盤貼近巖面。

        4.2 錨索注漿壓力

        注漿時(shí),注漿壓力要緩慢升壓,注漿壓力一般要求控制在2.0 MPa 左右,注漿孔只要進(jìn)漿就不宜升壓太快,終壓為5.0 MPa,根據(jù)注漿泵的性能和對圍巖的加固效果.最大終壓可達(dá)7.0 MPa。

        2下2610 下巷破碎圍巖注漿加固時(shí),每孔注入水泥量50~100 kg,第一個(gè)斷面的注漿量要大,隨后會減少至較穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)2下2610 下巷單孔注入水泥量超過300 kg 且注漿壓力仍未達(dá)到注漿終壓時(shí),可暫停換注漿孔注漿;待30 min 后再復(fù)注,若復(fù)注時(shí)注入水泥量超過500 kg,該孔壓力仍未達(dá)到注漿終壓時(shí),應(yīng)檢查是否有漏漿、跑漿現(xiàn)象,然后再換孔注漿。

        4.3 注漿錨索檢測

        沿巷道每20 m 布置1 個(gè)檢測點(diǎn)檢查巷道頂板,每一個(gè)檢測點(diǎn)布置2 根注漿錨索,對2下2610 下巷進(jìn)行復(fù)注檢查,當(dāng)出現(xiàn)1 根注漿錨索注漿壓力小于1 MPa、注入水泥量大于50 kg 時(shí),即表明2下2610 下巷原注漿未注滿或圍巖裂隙未充實(shí),應(yīng)在6.0 m 范內(nèi)補(bǔ)打注漿錨索重注。

        2610 下巷初期采用密排錨索布置加固后,由于頂板破碎、深部淺部離層,巷道離層觀測日下沉量達(dá)到30 mm,通過采取注漿錨索加固后,最初一周下沉量為10 mm,后期逐步趨于穩(wěn)定,不再下沉,巷道頂板得到有效控制。

        5 結(jié) 論

        (1) 針對章村礦2610 下巷頂板破碎段軟弱層多、裂隙發(fā)育、淺部離層的特點(diǎn),先采用密排錨索方式對頂板進(jìn)行加固,然后采用中空注漿錨索對深部和淺部進(jìn)行耦合注漿加固,使巷道頂板重新形成一個(gè)完整體,有效的控制了頂板下沉。

        (2) 在施工中,研究了水泥基注漿水灰比以及水玻璃添加劑的使用量問題,通過現(xiàn)場試驗(yàn),制定了合適和配比參數(shù),取得了較好的注漿效果。

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