壁后注浆技术在平禹煤电公司一矿机轨合一大巷的应用

壁后注浆技术在平禹煤电公司一矿机轨合一大巷的应用

常俊涛

常俊涛河南平禹煤电有限责任公司一矿河南禹州461677

中图分类号：TD265.4文献标识码：A文章编号：41-1413（2012）01-0000-01

平禹煤电公司一矿位于禹州矿区东北部，设计生产能力0.6Mt/a,2011年核定生产能力为1.08Mt/a，主采煤层为二1和二3煤层，矿井现生产水平为-200m水平。机轨合一大巷是矿井东翼技改区的主运输大巷，其服务年限较长。巷道布置在二1煤层顶板10m以上的泥岩中，围岩层理发育，较为松散，泥岩强度低，在21.3～31.0MPa之间。巷道掘出一段时间后，因支护方式和断面的原因，造成巷道喷射混凝土出现脱层、掉渣现象，影响巷道正常运输和行人安全。为保证巷道完整性，使其发挥主要运输功能的作用，采取壁后注浆的工艺进行加固。

1.工程概况

平禹煤电公司一矿机轨合一大巷巷道断面17.89m2，净宽5.2m，净高4m。巷道支护采用U36+喷射混凝土支护，棚间距0.6米，喷射混凝土厚度150mm。

2.壁后注浆加固原理

采用壁后注浆对易变形巷道破碎围岩加固处理后，使浆液充填和胶结围岩的空隙和裂缝，在巷道的外围形成完整的注浆帷幕，并与围岩、锚注杆共同形成有效承压承压组合拱。由于注浆使得巷道外围组合拱厚度加大，能有效提高支护结构的承载能力。而锚注杆将软弱的直接顶吊挂于其上的坚固基本顶上，提高了围岩的整体强度，防止巷道的变形破坏，从而确保巷道的长期使用。

3.方案设计

本次巷道围岩注浆加固是与喷射混凝土支护构成联合支护方式，巷道注浆加固采用一次注浆方式，在围岩裂隙较小，注浆困难的位置进行二次注浆加固。

（1）注浆孔深及间排距

根据巷道围岩裂隙发育的经验公式：

…公式（1）

据对平禹煤电一矿初步调研，砂质泥岩的抗压强度平均20MPa，岩层的平均密度3.0，巷道的半径2.6m。

（2）注浆压力

考虑到平禹一矿是对机轨合一大巷进行修复，是对破裂岩体的固结，注浆压力主要用于克服浆液在裂隙中的流动阻力，注浆压力不宜过多，一般在1～2.5MPa，并在施工中根据注浆量适时调整。

（3）注浆时间及注浆量

注浆时间是指单孔注浆时浆液从注入巷道围岩到结束所需的时间，在贯通裂隙面或松散破裂区，为防止浆液扩散过远或跑浆，在控制注浆压力的同时要适当减少注浆时间；在裂隙欠发育处，浆液流动速度慢，流量小，则适当延长注浆时间，以保证注浆效果，单孔注浆时间5min左右。

注浆材料的消耗分别按理论公式估算如下：

单孔注浆量：

…（公式2）

将有关数据代入公式2计算，每个注浆孔需0.0733m3浆液，约110Kg水泥。

每米巷道的注浆量：

…（公式3）

将有关数据代入公式3计算，每米巷道注浆需0.4m3浆液，约600Kg水泥。

（4）注浆管加工

注浆管采用无缝钢管制作,钢管直径φ22mm,壁厚为2.5mm,杆长2m，杆体上每隔200mm均匀钻出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,以增加注浆出口压力，注浆导管如图2所示，安装时钢管外露30mm，用快硬水泥封孔。

（5）注浆材料

为节约注浆成本，注浆材料首选32.5级普通硅酸盐水泥，水灰比取0.6～1.5，根据现场施工浆液的渗透性调整水灰比，为了保证注浆固结巷道围岩的强度，水灰比不宜过多，采用掺入高效减水剂提高水泥浆液的流动性和渗透性，降低浆液的水灰比。高效减水剂掺量是水泥的0.7%～1%；水泥在水化硬化过程中要产生体积收缩，影响其注浆固结围岩体的强度，建议在水泥浆液中掺入膨胀剂，使注浆材料有一定的微膨胀性，掺量在8%左右即可。

4.方案实施

（1）钻注施工

注浆施工过程中，钻孔必须间隔跳跃循环进行，避免因注浆孔过近而产生窜浆现象。同一断面的注浆孔先打1～7号孔，并按序号先后进行注浆，待注浆结束后，再打8～11号孔，并按序号注浆，如图3所示。沿巷道轴向方向的注浆孔，每间隔一排，按图3进行打眼注浆，当注浆50m后，再进行加密注浆。为加快注浆速度，可以采用多台注浆泵同时注浆。封孔采用快硬膨胀水泥，提前一班进行封孔，确保封孔水泥硬化，保证封孔质量。

接通管线，用清水试注，严格按水灰比供水上料，搅拌均匀，将吸浆管放入料桶中，开泵注浆，通过调压阀由小到大调节注浆压力，观察注浆速度、注浆量、漏浆情况等，调整注浆时间，保证注浆效果。

（2）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。注浆初期应详细记录注浆压力、注浆量、渗透范围等参数变化情况，掌握其规律，以调整并确定注浆参数，指导后续的注浆工程。注浆后可选择典型位置复注浆，观察注浆情况，同时进行常规的矿压观察、深孔位移和声波测试，分析判断注浆效果。

5.巷道矿压观测

（1）巷道表面位移观测

巷道的表面位移测点布置如图4所示，测量巷道断面的A1A2和B1B2的间距变化，分析巷道顶板和两帮的变形规律。

巷道表面位移测站布置如图5所示，在注浆巷道内沿巷道轴向布置两个测站，每一个测站布置两个侧面，测站间距100m，每个测站中侧面的间距1m。

（2）巷道围岩内部变形观测

通过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情况；

（3）巷道注浆效果观测

通过钻孔窥视方法对注浆前后围岩裂隙充填情况进行观测，通过声波测试法或地质雷达测试方法推测注浆对巷道围岩强度提高效果。

6.设备及材料

返修巷道注浆加固所需设备及材料如表所示。

设备及材料清单

序号名称型号备注

1注浆泵2ZBQ-10/122台

2搅拌机JBJ-3002台

3注浆管φ22mm×2000mm

4止回阀Ф22mm国标

5注浆材料32.5水泥或42.5水泥

6外加剂减水剂、膨胀剂

7封孔材料快硬水泥

7.应用效果

平禹一矿机轨合一大巷壁后注浆加固巷道工期7个月，共注入水泥2116t，解决了巷道变形严重、喷射混凝土破坏、底鼓严重等问题，现注浆工程结束已4个月，机轨合一大巷巷道未出现裂缝、掉块及变形现象，达到了降低巷道维修成本、加固巷道和消除巷道支护安全隐患的目的。通过此次壁后注浆工艺的实施，保守计算，每年减少巷道维修量800m，年节约巷道维修费用400万元左右，降低了成本的同时，提高了巷道的支护强度，增强了围岩支撑能力，降低了矿压，有效解决了围岩松软、压力大、地质条件复杂巷道的支护问题，取得了明显的经济效益和社会效益。