課件-巷道圍巖注漿加固的技術(shù)應(yīng)用.ppt

內(nèi)容提要 內(nèi)容提要 采用水泥漿漿液注漿加固井下巷道破碎圍巖 從而提高破碎圍巖的整體穩(wěn)定性 提高圍巖自身支護(hù)能力 有效的減少了巷道圍巖變形 片幫安全事故及底板底鼓現(xiàn)象 為保證礦井安全生產(chǎn)奠定基礎(chǔ) 本文分析論述了礦井采區(qū)巷道變形破壞的原因及注漿法加固巷道圍巖的機(jī)理 介紹注漿法加固圍巖的施工工藝 并針對(duì)注漿加固改善巷道淺部圍巖受力狀態(tài)進(jìn)行研究分析 現(xiàn)場(chǎng)取得了良好的試驗(yàn)效果 關(guān)鍵詞 圍巖加固巷道支護(hù) 前言 4 1 2 3 概述 圍巖體注漿加固機(jī)理 圍巖注漿加固參數(shù)研究與應(yīng)用 圍巖加固施工工藝 6 5 注漿加固效果 結(jié)論 一 概述 紅陽(yáng)三礦西翼上組軌道運(yùn)輸大巷注漿段位于西一采區(qū)700回采工作面南側(cè) 南臨西一采區(qū)702采空區(qū) 該巷道為二疊系下統(tǒng)下石盒子組 山西組地層及石炭系上統(tǒng)太原組地層 煤 巖層總體構(gòu)造形態(tài)為單斜構(gòu)造 堅(jiān)固性系數(shù)分別為 煤f 0 3 泥巖f 1 8 2 9 粉砂巖f 2 6 4 5 細(xì)砂巖f 3 8 5 7 中砂巖f 4 5 5 8 煤巖層產(chǎn)狀為251 272 4 12 由于該巷道受702采空區(qū)殘留煤柱集中應(yīng)力影響 主要受700工作面回采采動(dòng)影響 破壞了圍巖體的完整 性 圍巖裂隙極為發(fā)育 在承受支承壓力的疊加作用下 極易破碎 形成松動(dòng)圈 造成西翼軌道大巷400米出現(xiàn)幫 頂漿皮脫落 兩幫收斂較大 嚴(yán)重底鼓 水溝斷裂變形等壓力顯現(xiàn)現(xiàn)象 給行人 運(yùn)輸 前掘施工等工作帶來(lái)較大的隱患 因此 對(duì)該巷道進(jìn)行加固處理 主要施工技術(shù)為圍巖注漿加固 它能使原來(lái)裂隙發(fā)育的破碎圍巖松動(dòng)圈固結(jié)成為較完整的圍巖體 從而提高巷道圍巖整體穩(wěn)定性 可有效防止巷道冒頂 片幫 底鼓現(xiàn)象發(fā)生 以確保安全生產(chǎn) 圍巖固化機(jī)理就是利用漿液來(lái)充填和固結(jié)圍巖體中被破壞的或原有的松動(dòng)層 來(lái)提高圍巖體強(qiáng)度和完整性 破碎圍巖注漿固化可以從以下幾個(gè)方面改善圍巖結(jié)構(gòu) 提高圍巖的整體性和力學(xué)參數(shù) 二 圍巖體注漿加固機(jī)理 二 圍巖體注漿加固機(jī)理 一 注漿固化提高圍巖體松動(dòng)圈的抗壓強(qiáng)度 注漿后松動(dòng)圈的粘聚力和摩擦因數(shù)增大 松動(dòng)圈的抗壓強(qiáng)度隨著注漿后松動(dòng)圈的粘聚力和摩擦因數(shù)的增大而提高 通過(guò)注漿后松動(dòng)圈抗壓強(qiáng)度提高 圍巖體強(qiáng)度增加 從而提高了圍巖的完整性和穩(wěn)定性 防止了巷道片幫 冒頂?shù)葎?dòng)壓現(xiàn)象的發(fā)生 二 圍巖體注漿加固機(jī)理 二 充填壓密及轉(zhuǎn)變圍巖破壞機(jī)制的作用 漿液在泵壓的作用下 除了將一些較大的裂隙充填固結(jié) 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 提高圍巖的彈性模量和強(qiáng)度 漿液通過(guò)較高的壓力作用 將圍巖內(nèi)裂隙充填固結(jié)或壓密原來(lái)的小裂隙 使裂隙端部的應(yīng)力集中大大削弱或消失 從而使圍巖體的破壞機(jī)制發(fā)生轉(zhuǎn)變 二 圍巖體注漿加固機(jī)理 三 漿液固結(jié)體的網(wǎng)絡(luò)骨架作用 漿液經(jīng)擠壓或滲透到圍巖體的裂隙中固結(jié)后 會(huì)在圍巖中形成網(wǎng)絡(luò)骨架結(jié)構(gòu) 在巖壁淺部 漿液固結(jié)體呈厚薄不一的片狀或條狀 幾乎可將整個(gè)松動(dòng)圈連接成一塊鋼筋混凝土巖石 形成網(wǎng)絡(luò)骨架的水泥漿固結(jié)體 具有良好的韌性和黏結(jié)性 當(dāng)?shù)V壓增加時(shí) 由于水泥漿具有良好的抗壓強(qiáng)度 載荷主要由漿液固結(jié)體承擔(dān) 這樣 圍巖的破壞條件由原來(lái)的裂隙弱面強(qiáng)度條件向接近混凝土水泥漿強(qiáng)度條件轉(zhuǎn)化 提高了圍巖的殘余強(qiáng)度 限制圍巖裂隙破壞的擴(kuò)展 從而達(dá)到防止巷道圍巖變形的目的 二 圍巖體注漿加固機(jī)理 三 圍巖注漿加固參數(shù)研究與應(yīng)用 注漿加固屬于隱蔽性工程 注漿加固工程 巷道圍巖 的地質(zhì)條件及應(yīng)力狀況具有復(fù)雜多變的特性 這給注漿加固參數(shù)的理論計(jì)算帶來(lái)了困難 目前的注漿理論都是在一定假設(shè) 簡(jiǎn)化條件下建立的 與工程實(shí)際有一定差距 注漿加固參數(shù)的設(shè)計(jì)一般以理論計(jì)算作參考 根據(jù)工程類比法及現(xiàn)場(chǎng)注漿實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整 注漿加固主要參數(shù)有 注漿壓力 注漿量 漿液擴(kuò)散半徑 漿液固結(jié)體力學(xué)性能的確定及注漿孔的布置 下面分別對(duì)其參數(shù)作分析 三 圍巖注漿加固參數(shù)研究與應(yīng)用 一 注漿加固深度的確定 注漿深度是控制巷道變形的主要因素之一 注漿深度越深 漿液凝固時(shí)間越長(zhǎng) 固結(jié)體強(qiáng)度越大 穩(wěn)定巷道變形的能力也就越高 但由于深部圍巖的完整性較好 強(qiáng)度較高 漿液難以大范圍滲透 注漿效果難以保證 施工難度增大 因此 主要考慮滲透條件和注漿孔的施工方便 注漿深度略超過(guò)圍巖裂隙發(fā)育的深度 松動(dòng)圈厚度 為界 裂隙的發(fā)育深度可以通過(guò)深孔多點(diǎn)鉆眼計(jì)測(cè)量確定 三 圍巖注漿加固參數(shù)研究與應(yīng)用 在西翼軌道大巷需要圍巖固化的施工區(qū)域 從一端以10米為1組 選取3組 分別對(duì)頂板 兩幫 底板4點(diǎn)采取人工用鑿巖機(jī)打眼的方式來(lái)確定松動(dòng)圈的厚度 根據(jù)實(shí)際打眼發(fā)現(xiàn)選取的3組中 每組的4個(gè)點(diǎn)均打到1 8 2米深處見(jiàn)硬 并且鑿巖機(jī)繼續(xù)鉆進(jìn)困難 依據(jù)選取3組的實(shí)際打眼深度測(cè)量 確定了此處松動(dòng)圈厚度為1 8 2米 為確保松動(dòng)圈與基礎(chǔ)幫頂之間圍巖固化達(dá)到實(shí)際閉合加固效果 注漿眼深度選擇延長(zhǎng)0 3 0 5米 以此來(lái)保證注漿液體進(jìn)入后得到有效擴(kuò)散 使松動(dòng)圈能夠與基礎(chǔ)幫頂形成閉合加固 依據(jù)此方法確定了此處注漿孔深度為2 0 2 5米 將會(huì)取得更好的加固效果 在施工過(guò)程中也可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整 三 圍巖注漿加固參數(shù)研究與應(yīng)用 二 漿液擴(kuò)散半徑的確定 漿液擴(kuò)散半徑是確定注漿孔布置及孔深的重要依據(jù) 影響擴(kuò)散半徑大小的因素較多 主要取決于注漿壓力 圍巖力學(xué)性質(zhì) 裂隙密度及開(kāi)采 漿液的流動(dòng)力學(xué)參數(shù)及初凝時(shí)間等 由于漿液在圍巖中擴(kuò)散的復(fù)雜性 目前的理論研究水平還不能準(zhǔn)確描述 理論計(jì)算與實(shí)際結(jié)果出入較大 所以漿液擴(kuò)散半徑主要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)圍巖的力學(xué)性質(zhì) 裂隙狀況 漿液性質(zhì)及注漿壓力等情況 先由經(jīng)驗(yàn)確定 然后由現(xiàn)場(chǎng)施工監(jiān)測(cè) 再作相應(yīng)調(diào)整 三 圍巖注漿加固參數(shù)研究與應(yīng)用 1 注漿孔的間排距主要由漿液的擴(kuò)散半徑確定 兩孔的孔距應(yīng)保證注漿后漿液滲透范圍有一定的交叉 所以應(yīng)小于2倍的擴(kuò)散半徑 可取2倍擴(kuò)散半徑的0 8倍 2 漿液擴(kuò)散半徑是巷道斷面注漿孔布置的重要參數(shù) 漿液擴(kuò)散半徑受注漿壓力 注漿液粘度 圍巖裂隙張開(kāi)度 產(chǎn)狀 注漿工藝等因素影響十分復(fù)雜 圍巖的綜合滲透系數(shù)只有通過(guò)實(shí)測(cè)來(lái)確定 此巷道是以觀察施工現(xiàn)場(chǎng)漏漿情況來(lái)推測(cè)漿液的擴(kuò)散半徑 三 圍巖注漿加固參數(shù)研究與應(yīng)用 首先選取2組注漿段 預(yù)設(shè)排距為4米 每排以眼深度2 5米 眼間距1 5米為標(biāo)準(zhǔn) 在巷道全斷面打7個(gè)注漿眼進(jìn)行注漿實(shí)驗(yàn) 將選取的2組注漿眼全部注滿漿液 等待注漿24小時(shí)2組注漿液全部凝固以后 在2排注漿眼的中間區(qū)域 分別對(duì)頂板 兩幫 底根處采取人工用鑿巖機(jī)打眼的方式進(jìn)行觀察 通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)2排中間區(qū)域注漿后的效果較好 注漿液體擴(kuò)散凝固的較為均勻 眼排距和單孔擴(kuò)散范圍相近 因此確定了此巷道擴(kuò)散半徑為2 0 2 5m 三 圍巖注漿加固參數(shù)研究與應(yīng)用 三 注漿孔布置 由于該巷道受700采面采動(dòng)影響較大 圍巖裂隙較為發(fā)育 為此在工藝上采取密布眼形式 因兩幫底角圍巖是巷道受力最大的部位之一 兩幫壁是圍巖承受巷道頂板載荷的受力基礎(chǔ) 巷道兩幫邊同底角圍巖失去橫向支撐而向巷內(nèi)擠入 直接造成巷道斷面的減少和底板鼓起 因此注漿加固圍巖應(yīng)首先注意巷道底角圍巖的加固效果 由于巷道兩幫圍巖是支撐頂板主要部位 如果兩幫變形破壞嚴(yán)重 就會(huì)引起頂板進(jìn)一步下沉 從而增加頂部下沉造成荷載增加和承力范圍的增大 給巷道底角 三 圍巖注漿加固參數(shù)研究與應(yīng)用 造成重大的壓力 分析表明 兩幫巖石隨荷載增加的下沉和巷道底鼓大小有線性關(guān)系 因此加固兩幫壁圍巖可以獲得雙重作用 考慮到巖體漿液滲透距離 便于注漿孔施工和進(jìn)行注漿工作 本巷道采取全斷面鉆孔注漿 形成封閉的加固承載圈 從而達(dá)到良好的加固效果 依據(jù)測(cè)量的巷道斷面結(jié)果及漿液的擴(kuò)散半徑分析出以巷道正頂為中心 分別向兩側(cè)進(jìn)行排眼的方式進(jìn)行打眼注漿可以確保注漿液體在松動(dòng)圈內(nèi)得到有效擴(kuò) 三 圍巖注漿加固參數(shù)研究與應(yīng)用 散 從而有效形成閉合 因此確定設(shè)計(jì)的注漿孔布置為頂板一個(gè)注漿孔 頂幫交接處各一個(gè) 兩幫各一個(gè)注漿孔 兩底角各一個(gè)注漿孔 共計(jì)7個(gè) 注漿孔排距4m 間距1 5m 注漿孔深度均為2 2m 巷道鉆孔布置示意圖 三 圍巖注漿加固參數(shù)研究與應(yīng)用 四 注漿壓力的確定 注漿壓力是漿液在圍巖中擴(kuò)散的動(dòng)力 它直接影響注漿加固效果 注漿壓力大小主要受松動(dòng)圈圍巖性質(zhì) 漿液性能 注漿方式等因素的影響和制約 注漿壓力過(guò)小 漿液難以向圍巖中擴(kuò)散 達(dá)不到預(yù)期的效果 若注漿壓力過(guò)大 很可能在注漿過(guò)程中由于注漿壓力而導(dǎo)致巷道圍巖表面冒頂或片幫等塌落破壞 三 圍巖注漿加固參數(shù)研究與應(yīng)用 注漿壓力差異較大 主要取決于圍巖的滲透條件 有無(wú)壓力水 漿液的流動(dòng)力學(xué)性質(zhì)及注漿滲透范圍等 注漿壓力高 漿液滲透范圍大 但要防止較大的注漿壓力破壞圍巖 尤其在強(qiáng)度較低的圍巖內(nèi)注漿時(shí) 在煤巷中注漿 圍巖嚴(yán)重破碎時(shí)可選用0 5MPa的注漿壓力 較破碎時(shí)取1 0MPa左右 裂隙較小時(shí)取1 0 2 0MPa 最高不超過(guò)3 0MPa 如果圍巖強(qiáng)度較低 注漿壓力不超過(guò)其抗壓強(qiáng)度的1 3 對(duì)滲透性較差及較好的圍巖可以采用加密注漿孔的方法 達(dá)到低注漿壓力的目的 根據(jù)本巷道注漿觀測(cè)經(jīng)驗(yàn) 注漿壓力以不超過(guò)4MPa為宜 綜合分析 注漿壓力暫按2 4MPa考慮 在施工過(guò)程中通過(guò)觀測(cè)進(jìn)一步確定合理的調(diào)整注漿壓力 三 圍巖注漿加固參數(shù)研究與應(yīng)用 五 注漿量的確定 由于圍巖裂隙發(fā)育程度及圍巖松動(dòng)程度和巖體結(jié)構(gòu)的差異 單位體積的圍巖注漿量差別較大 保證足夠的注漿量是漿液充分充填圍巖裂隙的必要條件 因漿液的注入量受注漿壓力 注漿時(shí)間 圍巖裂隙的發(fā)育程度及破碎狀況 滲透性等影響 因此 為保證本巷道圍巖裂隙被充填滿 施工中注漿量以達(dá)到注漿終壓或不進(jìn)漿為止 并通過(guò)加打注漿孔監(jiān)控來(lái)保證注漿量 三 圍巖注漿加固參數(shù)研究與應(yīng)用 每個(gè)注漿孔的注漿量可用下式估算 Q a V n式中 Q為注漿量 m3 V為需要充填的體積 m3 n為充填體空隙率 沙層n 25 40 空洞n 1 a為漿液損失系數(shù) 取a 1 1 1 3 四 圍巖加固施工工藝 一 注漿材料的選擇與漿液配制 注漿泵是注漿工作的關(guān)鍵設(shè)備 是決定注漿系統(tǒng)的主要因素 我礦采用2TGZ 120 105型雙液調(diào)速高壓注漿泵 礦自制攪拌容器 適合本巷道圍巖的注漿加固 在井下巷道加固圍巖注漿主要的注漿材料為普通硅酸鹽水泥 選用水泥標(biāo)號(hào)425 水玻璃為輔劑 水玻璃42 45波美度 注漿管用 1寸 2 5m無(wú)縫鋼管 四 圍巖加固施工工藝 漿液配制采用以下兩種 單液水泥漿 水泥 水玻璃雙液漿 四 圍巖加固施工工藝 單液水泥漿 以水泥為原材料 用水配制成漿液 采用單液系統(tǒng)注入 常用普通硅酸鹽水泥425 添加速凝劑漿液 漿液重量配比為水 水泥 水灰比為0 6 0 8 1 單液注漿系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是使用設(shè)備管路少 注漿系統(tǒng)簡(jiǎn)單 缺點(diǎn)是漿液運(yùn)送時(shí)間要求嚴(yán)格 自混合料進(jìn)入料桶開(kāi)始攪拌到筒內(nèi)漿液全部注入孔內(nèi)整個(gè)過(guò)程 延續(xù)時(shí)間不能超過(guò)材料的初凝時(shí)間 否則就會(huì)發(fā)生凝漿堵管和堵塞注漿泵等惡性事故而嚴(yán)重影響作業(yè)正常進(jìn)行 處理事故很困難 四 圍巖加固施工工藝 水泥 水玻璃雙液漿 以水泥和水玻璃為主劑 水泥漿 水玻璃1 0 5 1 在圍巖加固工程中 為了減少跑漏漿而使用 優(yōu)點(diǎn)是不會(huì)發(fā)生堵管 堵泵等事故 安全可靠 四 圍巖加固施工工藝 二 注漿施工工藝流程 巷道圍巖注漿加固質(zhì)量的好壞 在很大程度上取決于注漿施工工藝 由于該巷道采用的是深孔注漿 進(jìn)行過(guò)翻修處理 補(bǔ)錨索 金屬網(wǎng) 噴漿等 因此 采用工藝較為簡(jiǎn)單 便于操作的單漿液注漿 注漿工藝主要包括為 封閉表面裂隙 鉆孔 封孔 注漿 清洗管路及設(shè)備等 注漿工藝流程圖 Textinhere 水泥 圍巖松動(dòng)圈裂隙 攪拌容器 水 泥漿攪拌 注漿泵 輸漿管 注漿管 四 圍巖加固施工工藝 1 封閉表面裂隙為保證注漿效果 使?jié){液有效地滲入圍巖裂隙 首先在巷道內(nèi)支護(hù)體及圍巖暴露面噴射一層強(qiáng)度較高的混凝土 使噴層與原支護(hù)形成一個(gè)結(jié)合層 作為注漿時(shí)的止?jié){墊 防止?jié){液從孔邊流失 噴層的質(zhì)量對(duì)注漿影響很大 實(shí)踐中常發(fā)現(xiàn)由于噴層不完整 破裂面不規(guī)則而導(dǎo)致的漏漿 并很難堵漏 隨漏漿量的增加漿液向裂隙內(nèi)的滲透逐漸停止 不能保證有效的注漿量和滲透范圍 四 圍巖加固施工工藝 2 鉆孔并安裝注漿管采用7655型氣腿式鑿巖機(jī) 42mm一字型釬頭打鉆孔 鉆眼完成后 安裝注漿管并封孔 為確保漿液滲透范圍的合理分布及加固圍巖幫角的效果 按設(shè)計(jì)的深度及間排距進(jìn)行施工 保證鉆孔質(zhì)量以利加固效果 3 封孔由于該巷道是深孔注漿 注漿壓力較大 因此 在封孔過(guò)程中一定要保證封孔質(zhì)量 以便主將施工的正常進(jìn)行 注漿管纏線麻打入注漿孔內(nèi) 用道釘 鐵楔 線麻加固管口 四 圍巖加固施工工藝 4 注漿注漿孔封好后 必須檢查注漿管路是否暢通 嚴(yán)格控制材料配比 將漿液攪拌均勻后方可注漿 注漿順序?yàn)橄葞秃箜?自下而上 逐排逐孔進(jìn)行 注完漿后 注漿泵 管路及閥門等要徹底沖洗干凈 四 圍巖加固施工工藝 三 注漿監(jiān)控及質(zhì)量檢查 注漿加固圍巖是一種隱蔽性很強(qiáng)的工程技術(shù) 除按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施工外 還必須加強(qiáng)注漿過(guò)程中的監(jiān)測(cè)監(jiān)控和注漿以后的質(zhì)量檢查 通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)專人記錄注漿壓力 注漿量 滲透范圍等參數(shù)的變化情況和打探眼實(shí)質(zhì)觀測(cè) 掌握其滲透效果以調(diào)整并確定注漿參數(shù) 四 圍巖加固施工工藝 1 注漿量拌料筒內(nèi)壁有刻度標(biāo)志 可以較準(zhǔn)確地記錄單孔的注漿量 通過(guò)初期不同孔位注漿量的多次記錄 能夠基本掌握其變動(dòng)范圍 指導(dǎo)以后的注漿工作 2 注漿壓力注漿泵調(diào)壓閥輸出壓力端設(shè)有壓力表 可以準(zhǔn)確記錄漿液輸出壓力及漿液滲透過(guò)程中阻力增加而引起的漿液壓力變化情況 經(jīng)過(guò)實(shí)踐可以確定各種巷道條件下適宜的注漿終壓 四 圍巖加固施工工藝 3 漿液擴(kuò)散單孔注漿時(shí) 作業(yè)人員仔細(xì)觀察孔周圍巖體變化及滲透情況 結(jié)合周圍打鉆孔檢查滲透范圍 了解注漿孔周邊的滲透規(guī)律 巷道圍巖注完漿液后的質(zhì)量檢查 采用鉆孔檢查圍巖的固結(jié)范圍 程度及巷道變形觀測(cè) 最后 在已注完的兩孔之間采取復(fù)注方式來(lái)提高圍巖注漿的效果 四 圍巖加固施工工藝 四 巷道圍巖表面變形觀測(cè) 為了檢查注漿效果和圍巖變形的時(shí)間過(guò)程提供依據(jù) 需要進(jìn)行巷道圍巖表面變形觀測(cè) 當(dāng)巷道圍巖注漿工程完成后 立即布設(shè)巷道表面收斂測(cè)站 并記錄測(cè)站位置 斷面特征 用本礦測(cè)量技術(shù)人員計(jì)測(cè)量 精度1mm 在巷道內(nèi)每隔50m布設(shè)一個(gè)測(cè)站 此巷道共設(shè)七個(gè) 測(cè)點(diǎn)用水泥釘固定在巷道左右 上下四處并涂油做標(biāo)記 用綁線連接成十字形 量出上高 下高 左寬 右寬 按設(shè)計(jì)的測(cè)線進(jìn)行測(cè)量 要求每個(gè)測(cè)線量測(cè)兩次 記錄后取平均值 并要求填寫記錄并作圖 以2號(hào)測(cè)站為例見(jiàn)圖 巷道變形觀測(cè)圖 五 注漿加固效果 一 巷道圍巖強(qiáng)度提高 西一700工作面回采剩余60米及采面進(jìn)行拆除時(shí) 在此期間工作面出現(xiàn)多次動(dòng)壓現(xiàn)象 但西翼軌道大巷注漿液地段 幫 頂未出現(xiàn)動(dòng)壓顯現(xiàn) 說(shuō)明此巷道通過(guò)注漿加固 其強(qiáng)度大幅度提高 圍巖變得堅(jiān)硬完整 對(duì)巷道維護(hù)效果顯著 五 注漿加固效果 二 巷道變形量減小 在同一巷道 選擇未經(jīng)注漿加固的一段巷道與注漿加固部分的巷道進(jìn)行對(duì)比