破碎软岩大巷壁后注浆加固技术研究

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1.概况

平禹一矿东翼机轨合一大巷布置在二1煤顶板10m以上的泥岩中，该巷道原大部分采纳“U36+喷射混凝土”支护。因巷道断面大、围岩层理发育，巷道掘出一段时光后，大部分区域喷层开裂、脱落，底臌严峻，断面缩小，无法满足平安生产的要求。经过多次反复扩修，也根本达不到支护阻力的要求。为了提升围岩本身的承载性能，打算扩修后采纳壁后注浆支护技术计划。

2.壁后注浆加固技术的作用机理

壁后注浆加固巷道围岩是采纳圆钢管作为锚杆，并兼作注浆管使用。其支护原理主要包括以下几个方面：

壁后充填加固作用

壁后举行注浆充填，外荷载匀称地传递给支架，使支架承受均布荷载。同时，注浆充填层可汲取围岩部分变形能及变形量，削减支护及围岩变形的强烈程度。

裂隙充填与压密作用

注浆浆液可以将互相连通的岩体裂隙弥漫，并将破裂的围岩胶结成整体，抑制围岩流变。同时还可将充填不到的封闭裂隙和孔隙压缩，从而对岩体整体起压密作用，岩体弹性模量、强度相应提升。

网格骨架作用

注浆浆液经挤压或渗透到围岩裂隙中固结，会形成新的网格骨架结构，固结体具有良好的韧性和粘结性，承受外载时表现出更好的塑性，可以承受较大的变形而不破坏，从而改善巷道维护情况。

注浆浆液对锚杆杆体抗腐蚀性得以加强

注浆浆液充入杆体周围后，一方面使杆体全长受到防锈钝化膜的庇护。同时注浆浆液对锚杆也起到了很好的加固作用，从而保证了锚杆自身的长久稳定性。

注浆为锚杆提供牢靠的着力基础

良好的注浆效果可实现锚杆在全长范围内良好的锚固效果，为锚杆提供牢靠的着力基础，进一步保证了巷道内层结构的承载能力。

对锚喷支护的增加作用

注浆浆液可以强化喷层与围岩的粘结作用，维护喷层稳定，使端锚型锚杆转为全长锚固型。经围岩注浆加固，使频于破坏的锚喷支护体改变成高强的喷锚注加固圈，可以使围岩变形速度大大降低，实现长久维护。

水泥基注浆材料固结破碎煤岩体的性能得以增加

破碎煤岩利用水泥基注浆固结体，其固结体延性增大，变形能力、强度、稳定性显著增强，这有利于形成适应大变形的承载结构。

3.注浆参数设计

东翼机轨合一大巷注浆加固采纳一次注浆方式，在围岩裂隙较小，注浆困难的位置举行二次注浆加固。

注浆孔深及间排距

注浆孔深取决于巷道围岩的渗透性和浆液的流淌性，按照巷道围岩裂隙发育的阅历公式：

………………

公式中：R—围岩破裂圈半径；

γ—岩层平均密度，

H—巷道埋深，

Rc—岩石抗压强度，

a—巷道半径。

经公式1计算，得出裂隙发育的范围为1.92m，考虑围岩的渗透性和注浆加固的目的，取一定的平安系数，设计注浆孔的深度为2.5m。

注浆孔的间排距按照浆液蔓延距离设计，而蔓延距离受注浆压力、浆液流淌特征、裂隙开度、产状及分布特征和注浆工艺等因素影响。按照实验段的现场写实，巷道单孔浆液蔓延距离为3.5米以上。为了确保平安，设计注浆孔排距为4.8米，间距为2米。

注浆压力

本次注浆压力主要用于克服浆液在裂隙中的流淌阻力，注浆压力普通控制在1～2.5MPa，并在施工中按照注浆量适时调节。

注浆时光及注浆量

注浆时光是指单孔注浆时浆液从注入巷道围岩到结束所需的时光，为保证注浆效果，单孔注浆时光控制5min左右。

注浆量随不同部位的破碎程度、裂隙分布状况是不一样的，按理论公式估算如下：

单孔注浆量：

………

式中：Q1—单孔注浆量

λ—浆液损失系数，取1.2

β—充填系数，普通取0.7

R—浆液蔓延半径m,取1.0m

h—注浆深度m，取2.5m

n—有效裂隙率，取1%

m—结石率，取0.9

将有关数据代入公式2计算，每个注浆孔需0.0733m3浆液，约110K泥。

每米巷道的注浆量：

……

式中：Q2—巷道每米注浆量

L—巷道轴向长度，取1m

r1—巷道裂隙发育的外半径，取4.52m

r2—巷道半径，取2.6m

将有关数据代入公式3计算，每米巷道注浆需0.4m3浆液，约600K泥。

4.注浆管及注浆材料

注浆管加工

注浆管采纳无缝钢管制作,钢管直径φ22mm,壁厚为2.5mm,杆长2m，杆体上每隔200mm匀称钻出φ8mm注浆孔，一周3个孔，不在同一圆周上，管口螺纹M22，螺纹长50mm，管终端呈稍扁状,以增强注浆出口压力，安装时钢管外露30mm，用快硬水泥封孔。

注浆材料

为节省注浆成本，注浆材料首选32.5级一般硅酸盐水泥，水灰比取0.6～1.5，按照现场施工浆液的渗透性调节水灰比，为了保证注浆固结巷道围岩的强度，水灰比不宜过多，采纳掺入高效减水剂提升水泥浆液的流淌性和渗透性，降低浆液的水灰比。高效减水剂掺量是水泥的0.7%～1%。

5.注浆工艺

预备工作

在巷道内支护体及围岩裸露面喷射强度较高的混凝土，使喷层与原支护结构形成一个结合层，封闭岩面，防治跑浆。

钻孔与封孔

注浆施工过程中，为避开因注浆孔过近而产生窜浆现象，同一断面的注浆孔先打1、3、5号孔，并按序号先后举行注浆，待注浆结束后，再打2、4号孔，并按序号注浆。沿巷道轴向方向的注浆孔，每间隔一排举行打眼注浆，当注浆50m后，再举行加密注浆。为加快注浆速度，可以采纳多台注浆泵同时注浆。封孔采纳快硬膨胀水泥，提前一班举行封孔，确保封孔水泥硬化，保证封孔质量。

拌料注浆

接通管线，用清水试注，严格按水灰比供水上料，搅拌匀称，将吸浆管放入料桶中，开泵注浆，利用调压阀由小到大调整注浆压力，观看注浆速度、注浆量、漏浆状况等，调节注浆时光，保证注浆效果。

注浆监测及质量检查

注浆施工隐蔽性强，应加强注浆过程中的监测监控工作及注浆后的质量检查工作。注浆初期应具体记录注浆压力、注浆量、渗透范围等参数变化状况，把握其逻辑，以调节并确定注浆参数，指导后续的注浆工程。注浆后可挑选典型位置复注浆，观看注浆状况，同时举行常规的矿压观看、深孔位移和声波测试，分析推断注浆效果。

注浆施工组织

注浆施工需要一套专用设备及管路系统，占领一定的空间，应合理组织。打眼封孔与注浆可以分开，天天支配两班打眼封孔一班注浆，适当集中注浆工作，便于管理，也有利于保证注浆效果，注浆班需4～5人，两人备料，一人开泵，一人联接封孔管，另一人协调并监测注浆过程。

6.巷道矿压观测

利用在顶板和两帮设置多点位移计，观测巷道顶板和两帮内部变形状况；

机轨合一大巷注浆后在巷道两帮与顶底板设立对应的深孔位移监测点，每隔5d举行一次位移检测。巷道修理60d后趋于稳定，两帮达到最大变形量50mm左右，支护效果非常显然。

7.结论

从机轨合一大巷实践工程的效果来看，注浆提升了浅部岩体的围岩强度，形成了承载结构，降低围岩