李壘 LI Lei
(中煤第一建設(shè)有限公司第四十九工程處,邯鄲 056000)
潞安化工集團(tuán)有限公司王莊煤礦是一座年生產(chǎn)能力700萬噸以上的特級高產(chǎn)高效現(xiàn)代化礦井。礦井采用立井、斜井多水平分區(qū)式開拓、上下山開采的方式。提升副立井兼作進(jìn)風(fēng)井,凈直徑7.0m,該項目的開采范圍地處山西省東南部,長治市西北10km,位于潞安礦區(qū)中段,王莊井田南部,安昌斷層與二崗山北斷層之間,東鄰漳澤水庫,西部與規(guī)劃的古城煤礦相鄰。東西寬約4km,南北長約7km,總面積26km。
圖1 井下?lián)Q裝站斷面圖
王莊煤礦+540水平延深井下?lián)Q裝站主要用途為起吊、組裝大采高支架及其維護(hù),巷道設(shè)計總長度約619.275m,主體硐室掘進(jìn)斷面為95.37m,掘進(jìn)高度9.86m,掘進(jìn)寬度8.9m,屬于特大斷面硐室。錨網(wǎng)索噴支護(hù)工藝是目前應(yīng)用比較成熟,普遍用于該礦井下巷道支護(hù)的一種支護(hù)工藝,但是對于井下?lián)Q裝站這種地質(zhì)問題比較復(fù)雜、高地應(yīng)力、圍巖破碎等惡劣環(huán)境中進(jìn)行的特大斷面硐室掘進(jìn)巷道,單一的錨網(wǎng)索噴支護(hù),已經(jīng)無法滿足支護(hù)要求,施工的巷道出現(xiàn)明顯下沉,局部出現(xiàn)噴漿層開裂,影響了巷道整體的安全穩(wěn)定。
為了攻克這一難題,我們依托科學(xué)理論為指導(dǎo),經(jīng)過現(xiàn)場實際反復(fù)試驗,發(fā)現(xiàn)向巖體內(nèi)注射由河南理工大開發(fā)研制的一種新型地質(zhì)聚合物能夠很好地起到加強(qiáng)支護(hù)的作用,通過向已經(jīng)錨網(wǎng)索噴支護(hù)完的巷道巖體內(nèi)注射新型地質(zhì)聚合物,既能夠高效發(fā)揮出錨網(wǎng)索噴支護(hù)的作用,又能提高圍巖自身的強(qiáng)度。因此,研究在地質(zhì)條件比較惡劣的環(huán)境中,施工巷道斷面特別大的單位工程,如何加強(qiáng)巷道支護(hù)保證巷道的穩(wěn)定性是關(guān)鍵問題。
①傳統(tǒng)加強(qiáng)巷道支護(hù)強(qiáng)度的辦法,普遍是采用縮小錨桿、錨索的間排距;采用強(qiáng)度級別更高的錨桿、錨索;增加噴漿層的厚度,這些方法不但增加了巷道造價成本,延長了施工工期,而且在這種地應(yīng)力比較高、圍巖破碎的特大斷面巷道內(nèi),對增加巷道的支護(hù)強(qiáng)度,效果不是很好,加固完的巷道依然很快出現(xiàn)不同程度的噴漿層開裂和頂板下沉。
②圍巖注射新型地質(zhì)聚合物加固是一種改善圍巖結(jié)構(gòu)及其性質(zhì),提高圍巖整體性和自身承載能力、降低支護(hù)成本、提高支護(hù)效果的有效方法,是利用聚合物把圍巖的各種弱面充實、重新膠結(jié)起來,改善圍巖的物理力學(xué)性能,增強(qiáng)圍巖自身承載能力,從而提高圍巖整體穩(wěn)定性和力學(xué)性能。圍巖注射地質(zhì)聚合物加固與錨桿支護(hù)相結(jié)合,不僅改善圍巖巖性和應(yīng)力分布,而且提高圍巖承載力、大大減小巷道圍巖變形,顯著改善巷道維護(hù)狀況。
①注射地質(zhì)聚合物固化時,地質(zhì)聚合物漿液在泵壓的作用下,除了將一些較大的裂隙充填滿,還可以將一些充填不到的封閉裂隙和小裂隙壓縮,甚至使其閉合,使松散破碎的圍巖膠結(jié)成整體,提高了巖體的內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角及彈性模量,從而提高了巖體強(qiáng)度,可以實現(xiàn)利用圍巖本身作為支護(hù)結(jié)構(gòu)的一部分。
②地質(zhì)聚合物對裂隙面的粘結(jié)作用,使裂隙端部的應(yīng)力集中大大削弱或消失,從而使巷道圍巖的破壞機(jī)制發(fā)生轉(zhuǎn)變,與原巖形成一個整體,從而在大構(gòu)造應(yīng)力下保持穩(wěn)定而不易產(chǎn)生破壞。
③對錨網(wǎng)索噴支護(hù)過的巷道,注射新型地質(zhì)聚合物,可以配合錨桿、錨索形成一個多層有效的組合拱,擴(kuò)大了支護(hù)結(jié)構(gòu)的有效承載范圍,提高了支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體性和承載能力。
打眼———注漿管纏麻———安裝注漿管和閥門———用高壓膠管連接注射槍和注漿泵———將1根吸管插入裝有地質(zhì)聚合物的桶內(nèi)———開泵注漿———沖洗機(jī)具———停泵— —拆卸注射槍。
①打眼下管,按設(shè)計鉆孔位置、參數(shù)和規(guī)定順序打注漿孔。采用Y27風(fēng)鉆造孔,鉆孔直徑Φ42mm,孔深:淺孔3m;深孔8m,打眼角度應(yīng)垂直于巷道輪廓線。打眼間排距均按2m×2m,淺孔注漿完畢后再按淺孔注漿順序進(jìn)行深孔注漿,深孔和淺孔采用三花布置(圖2);打眼時,根據(jù)眼部高度作業(yè)人員分別站在地坪及事先用腳手架和木板等材料搭設(shè)工作臺上施工鉆眼,打好眼后,準(zhǔn)備下注漿鋼管。采用1.2寸無縫鋼管加工的魚鱗管做注漿管,注漿管口焊50mm長1寸帶絲扣管,絲扣上安裝1.5寸高壓閥門,向已打好的眼內(nèi)裝設(shè)注漿鋼管,安裝封孔器。作用是封堵眼口,安裝注漿閥門。防止注入的注漿材料溢出,造成漏液。用高壓膠管連接好注射槍和注漿泵,將連接泵的吸管插入攪拌好的注漿材料桶內(nèi),然后準(zhǔn)備注漿。
圖2 注漿孔三花布置圖
②注漿人員連接注漿泵壓風(fēng)及注漿管路,開壓風(fēng)運(yùn)轉(zhuǎn)注漿泵;開啟攪拌機(jī)觀察其運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常;運(yùn)料工將注漿材料運(yùn)至攪拌機(jī)附近。
③注漿系統(tǒng)試運(yùn)轉(zhuǎn)并確認(rèn)正常后,配料工將注漿材料按比例加入攪拌桶攪拌。
④將注漿管路與封孔器管連接,將封孔器停留在離孔口1m位置,將注漿管和注漿泵連接,開動注漿泵,封孔器封住注漿孔,開始注漿。待注漿壓力或注漿量達(dá)到設(shè)計結(jié)束標(biāo)準(zhǔn),關(guān)閉壓風(fēng)停泵。結(jié)束單孔注漿。
⑤在攪拌機(jī)中加入清水,開啟注漿泵進(jìn)行洗泵,至注漿管流出為清水時停止。
①注漿參數(shù):配比。水灰比為0.6:1。即3壺(10L)水,2袋(25kg)注漿料,2瓶(斤)灰色添加劑,0.25瓶(0.125kg)透明添加劑。注漿壓力為3-5MPa。
②注漿孔深度及間距:淺孔3m,深孔8m;淺、深注漿孔間排距分別為2m;注漿孔直徑45mm,用?42鉆頭打設(shè)。
③注漿管規(guī)格及長度:1.2寸無縫鋼管加工的魚鱗管,長度1.9m。
④封孔要求。麻繩浸蘸攪拌好的注漿料,纏繞孔口管密實;麻繩纏繞孔口管2道,淺部0.3-0.5m,深部0.8-1.2m。
⑤漿量的估計:根據(jù)注漿段工作面頂板的現(xiàn)場破壞情況定。
⑥單孔注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn):1)達(dá)到設(shè)計注漿壓力,并穩(wěn)壓十分鐘以上。2)雖未達(dá)到注漿壓力,但從周邊巖體竄漿,打木楔封堵漏液。3)注漿過程中發(fā)現(xiàn)異常情況,及時停泵處理。
表1 施工設(shè)備、材料明細(xì)表
圖3 ZSY80雙液注漿泵結(jié)構(gòu)示意圖
執(zhí)行《煤礦井巷工程質(zhì)量評定標(biāo)準(zhǔn)》、《煤礦井巷工程施工規(guī)范》外,在施工中還應(yīng)注意以下幾點:
①現(xiàn)場要有專人嚴(yán)格監(jiān)督,是否按照正確注漿順序進(jìn)行施工,必須先注射淺孔,進(jìn)行封堵,再按淺孔注射順序進(jìn)行深孔注射充填。②注漿壓力要達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),穩(wěn)壓十分鐘后在進(jìn)行注漿,以達(dá)到注漿的預(yù)期效果。
①打點柱支護(hù)要牢固,下方用50mm厚×300mm寬×500mm長的木板墊底,上方用大頭木楔背實,點柱要垂直打設(shè)。
②作業(yè)前及作業(yè)過程中,要嚴(yán)格執(zhí)行敲幫問頂制度,隨時用長柄工具將活矸處理掉,確保作業(yè)環(huán)境安全。
③打眼時如需要工作臺,要事先利用大板、腳手架等材料搭設(shè)可靠的工作臺,腳手架扣件必須上緊,確保牢固,大板用8#鐵絲雙股捆綁在腳手架上。腳手架后必須加支撐桿,并固定牢固。
④搭設(shè)腳手架時,腳手架下要固定在實底或用道木給腳手架穿鞋,不得直接將腳手架架在虛矸上。
⑤所有工作人員在工作臺上作業(yè)時,必須佩戴保險帶,保險帶生根在安全可靠位置。
⑥打眼時,嚴(yán)禁其他人員站立在釬桿兩側(cè),以防斷釬傷人。
⑦打眼前、搭設(shè)工作臺前要先對開裂頂板進(jìn)行敲幫問道,在保證頂板安全的情況下進(jìn)行作業(yè)。
⑧作業(yè)過程中,必須設(shè)專人監(jiān)護(hù)幫部和頂板情況,并保證退路暢通,發(fā)現(xiàn)問題必須及時處理后方可繼續(xù)作業(yè)。
⑨作業(yè)點20m范圍內(nèi)瓦斯?jié)舛冗_(dá)到0.8%時,必須停止打眼,當(dāng)瓦斯?jié)舛认陆档?.8%以下時,方可繼續(xù)打眼。
⑩所用電纜及風(fēng)帶的敷設(shè),必須掛設(shè)支護(hù)可靠地點,防止碰壞或砸壞。
?作業(yè)人員必須嚴(yán)格按要求使用氣泵,服從師傅指揮,搞好現(xiàn)場互聯(lián)保和個體行為自保,整個作業(yè)過程必須設(shè)專人監(jiān)護(hù)。
?打眼和注漿不得同時作業(yè),防止互相影響。
?注漿壓力控制在3-5MPa。
?注漿壓力要根據(jù)現(xiàn)場情況調(diào)整,防止壓力過大造成頂板破壞。
?點柱不但能起到支撐作用,也可起到信號作用(即現(xiàn)場施工人員在注漿時要及時觀察點柱支撐情況,如有頂板下沉壓力過大等危險情況時要及時撤出人員,報告相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)及時采取措施,防止事故發(fā)生)。
?注漿開始后,非作業(yè)人員全部撤離作業(yè)地點。
?專用氣泵應(yīng)固定牢靠,防止因震動滑倒傷人或損壞設(shè)備。需要移動氣泵時,首先清理抬運(yùn)路線,由一人專門托運(yùn)風(fēng)帶,其他人負(fù)責(zé)運(yùn)氣泵,一名班組長現(xiàn)場監(jiān)護(hù)指揮,確保抬運(yùn)安全。
?卸壓作業(yè)程序:先停泵-打開卸壓閥-拔開高壓管。
?打眼間距在2m以內(nèi)眼位不許提前打設(shè)。
?注漿過程中,負(fù)責(zé)觀察漏漿人員應(yīng)密切關(guān)注頂板變化情況,發(fā)現(xiàn)頂板異?;螯c柱急劇變形應(yīng)及時撤離,并通知停止注漿。負(fù)責(zé)觀察漏漿人員以1-2人為宜,其余工作人員應(yīng)站在警戒區(qū)域以外。
?深孔注漿完成后,注漿施工要緩慢推進(jìn)。由于地質(zhì)聚合物完全凝固并達(dá)到強(qiáng)度需要1-2天時間,因此注漿推進(jìn)循環(huán)時間須確保2天以上。嚴(yán)禁未注漿區(qū)域站人或從事任何作業(yè)。
?施工過程中如遇錨桿、錨索失效情況,要及時補(bǔ)打錨桿、錨索并及時預(yù)緊達(dá)設(shè)計要求。
?補(bǔ)打錨桿、錨索前要先檢查巷道規(guī)格,如規(guī)格不夠要先進(jìn)行處理達(dá)設(shè)計要求后再補(bǔ)打錨桿、錨索。
?準(zhǔn)備好防護(hù)用品:塑膠手套3套、清水等。備料和開泵人員戴好塑膠手套,作好勞動保護(hù)。
?作業(yè)過程中,人員必須愛護(hù)設(shè)備,不得隨意浪費(fèi)材料。
?注漿時,電纜、管路要用破風(fēng)筒布保護(hù)起來。防止注漿液粘著在上面。
?注漿過程中必須詳細(xì)觀察注漿孔周圍漏漿情況,發(fā)現(xiàn)漏漿嚴(yán)重時,可停泵2-3分鐘后再注漿,也可換孔注漿。
?每次停泵時間超過5分鐘時,必須及時用清水將注漿泵及管路清洗干凈。
?施工用材料要分類堆放整齊、標(biāo)識清楚。
?作業(yè)完畢,作業(yè)人員必須清理好現(xiàn)場,保證巷道文明生產(chǎn)。
注射新型地質(zhì)聚合物加強(qiáng)巷道支護(hù)強(qiáng)度,避免了更改錨網(wǎng)索噴支護(hù)的參數(shù),節(jié)省了所用錨桿、錨索的數(shù)量以及噴漿的方量,大大節(jié)省了打設(shè)錨桿、錨索的施工時間和噴射混凝土的時間,提高了施工速度,降低了生產(chǎn)成本,減少了設(shè)備的租賃費(fèi)用和人工費(fèi)用;同時在社會上的影響增大,提高了企業(yè)在工程項目投標(biāo)的競爭力量。而且鋼材本身就是一種消耗不可再生資源的成品,注射新型地質(zhì)聚合物,可以避免消耗更多的鋼材,這符合國家關(guān)于建筑節(jié)能工程的有關(guān)要求。
特大斷面硐室注射新型地質(zhì)聚合物加強(qiáng)支護(hù)技術(shù),在山西省王莊煤礦+540m水平延深井下?lián)Q裝站巷中成功應(yīng)用。2019年08月井下?lián)Q裝站開始施工于2020年06月完成最大斷面支架換裝硐室的掘進(jìn)支護(hù)工程,支架換裝硐室斷面形式為直墻半圓拱,巷道設(shè)計總長度約619.275m,主體硐室掘進(jìn)斷面為95.37m,通過向已經(jīng)錨網(wǎng)索噴支護(hù)過的硐室巷道內(nèi)注射新型地質(zhì)聚合物,巷道的穩(wěn)定性得到很大改善,通過技術(shù)人員利用科學(xué)的觀測法進(jìn)行了實際觀測,觀測結(jié)果證明在一定時間內(nèi)硐室巷道頂幫沒有再出現(xiàn)噴漿層開裂,頂板繼續(xù)下沉現(xiàn)象。
綜上所述,在特大斷面硐室巷道內(nèi)注射新型地質(zhì)聚合物,能夠?qū)崿F(xiàn)加強(qiáng)巷道支護(hù)的目的,保證巷道整體的穩(wěn)定性。因此該工法在同行業(yè)中具有廣泛推廣和應(yīng)用的價值。