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大平矿劈裂注浆与注浆锚索联合支护应用及效果评价


大平矿自2020年4月17日在S2S6工作面回顺应用注浆加固技术,通过注浆承压盖板、注浆锚索和底板注浆钢管等新技术的联合应用,使巷道围岩在顶板、两帮和底板形成三向高强度结构体,解决软岩巷道围岩变形严重的问题,实现了回采巷道不需二次翻修,取得了较大的安全、经济效益。

一、?技术

1.工艺流程。原支护巷道表层喷浆→浅部围岩承压盖板注浆加固→深部围岩注浆锚索注浆加固→底板注浆钢管注浆加固。

2.浆液配比及堵漏。注浆配方、配比采用注浆锚索供方产品配方、配比,即专用复合型水泥,水固比1:3,俗称“稠浆”。堵漏可采用专用止浆塞,也可利用浆液材料自制堵漏剂堵漏。

3.表层喷浆施工及目的。巷道进行注浆前,提前对巷道进行喷浆,使巷道表层围岩得到加固和封闭,为构筑注浆盖板打下基础,避免浆液外漏,提高注浆盖板施工时浆液的向深部劈裂扩散的能力。

4.浅部围岩承压盖板注浆加固施工及目的。在巷道喷浆后,采用1~2m长钢管实施帮顶浅部围岩注浆。注浆前使用堵漏剂对孔口进行封堵,避免漏浆。当注浆压力达到2MPa,流量为1L/min以下,且连续2分钟,结束注浆;或以劈裂注浆孔周围3m半径内四处漏浆为停止劈裂注浆标准。其目的在于,使巷道浅部围岩胶结成一个强度高、抗渗性能好、稳定性高的新结构体。

5.深部围岩注浆锚索注浆加固施工及目的。在巷道喷浆构筑承压盖板后,可利用注浆锚索对巷道3~5m深处围岩进行进一步的注浆加固,最大注浆压力可达8MPa。其目的在于,在单独进行浅部围岩注浆加固不能满足要求的情况,利用注浆锚索对深部围岩进行更大范围和更高强度的加固。同时实现注浆锚索的全程锚固。

6.底板注浆钢管注浆加固施工及目的。沿巷帮与底板交线,按45°施工注浆孔,利用钢管注浆,钢管长度一般不小于巷道宽度的二分之一,按浆液扩散半径确定间距。其目的在于,通过底板注浆钢管注浆,增加该区域围岩强度,截断通过两帮向底板传递的压力,达到减少巷道底臌的目的。

二、回顺及运输斜巷加固段施工方案

S2S6工作面长300m,平均煤厚12.7m,埋深-700m,现已回采结束,正进行三机拆除。回采期间,回顺劈裂注浆加固与注浆锚索工业性试验段共分为六段进行施工,在回顺135m到回顺口、运输斜巷沿线采取注浆加固措施,对巷道注浆后承压抗变形能力进行了观测。

1.施工方案。巷道喷浆封闭后,先在巷道2m围岩范围利用钢管注浆构筑承压盖板,然后施工注浆锚索,实现深部围岩注浆和锚索全程锚固。

2.承压盖板施工工艺。劈裂注浆孔口均匀布置在巷道轮廓线上,每排布置9个劈裂注浆孔,眼孔间距1.2m,两侧最下排劈裂注浆孔角度不小于45°,深度4m;其余眼孔深度2m,巷道原支护棚距0.6m时,排距为2.4m;棚距0.7m时,排距为2.1m,见图1。浆液采用水固比0.52:1的复合可控水泥浆液,其中劈裂注浆剂占固料的8%、Po52.5级普通硅酸盐水泥占固料的92%。利用寸管加工成长度为1.2m注头进行劈裂注浆,劈裂注浆压力≥3MPa时停止劈裂注浆。劈裂注浆采用ZBY50/7-11型电泵劈裂注浆。

1 ?巷道劈裂注浆孔布置示意图

3.注浆锚索施工。注浆锚索规格为Ф21.8×7300mm,布置形式为在巷道顶板正中布置1根,以此锚索为基准向两帮每间隔1.4m施工1根锚索,每排布置5根锚索。巷道原支护棚距0.6m,排距为1.2m;棚距0.7m时,排距为1.4m,见图2。浆液采用MZM70无机注浆料配制,水灰比为1:3.2浆压力8MPa时或注浆锚索孔口外侧有浆体挤出为停止注浆标准。注浆锚索采用QZB-15/9型气动注浆泵注浆。2 ?注浆锚索布置示意图

三、注效果分析

采用钻孔窥视等方法确定了浆液的扩散半径和浆液的扩散深度,再结合对围岩力学参数、微观结构、成分以及变形情况等方面的测试结果,作出了注浆效果评价。

1.平矿盖板注浆的浆体扩散半径在1200~2300m之间,如图3。最短注浆深度为570mm,最长注浆深度为2740mm。

? 3 大平矿盖板注浆效果示意图

2.深部围岩注浆锚索注浆效果评价。注浆锚索的浆体扩散半径600~2100mm之间,如图4。浆液的最短注浆深度为0mm(在3#~4#注浆锚索中心窥视孔内未发现浆液,窥视中发现,该区域围岩较为完整,裂隙不发育,因而没有发现浆液的存在),最长注浆深度为2430mm。

4 大平矿注浆锚索注浆效果示意图

四、联合支护效果

通过对巷道围岩的变形量观测,以及对非试验段观测对比分析,非试验段的巷道中高日收缩量高达15mm,中宽日收缩量为5mm,并出现底臌现象,需要翻修。运输斜巷及回风联络巷采用围岩劈裂注浆施工承压盖板加固与注浆锚索联合试验段的巷道中高日收敛量6-7mm,累计最大收敛量350mm,巷道中宽日收敛量2-3mm,累计最大收敛量145mm,巷道基本保持原样,有微量底臌,满足工作面回撤要求,实现了不需要巷道翻修的目的,取得了较大的安全与经济效益。

7 只施工承压盖板注浆的回风联络巷顶板部分略有变形,但不影响正常生产


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