论文部分内容阅读
[摘 要]随着矿井开采深度的增加，矿山压力的加大，受力环境复杂，尤其是在大断面、软岩中的巷道施工，传统的支护理论和支护方式不能满足施工的要求，以前巷道支护通常采用锚网索喷或架棚支护，经过一段时间后，经常会出现巷道围岩来压，造成碹体脱落，开裂、底鼓等巷道塑性变形现象，影响正常使用，修复时即危险还影响煤炭的正常生产，通过采用锚网喷与注浆联合支护，实现了“锚注一体化”，确保了支护强度及施工安全，满足生产的需要。
[关键词]锚网索联合支护 注浆 软岩
中图分类号：C39
1 前言
随着开采深度的不断增加，矿山压力逐渐增大，受力环境变得更加复杂，由于软岩巷道不能为锚杆提供可靠的着力基础，锚杆支护主要使用在围岩稳定程度较高的巷道，在软岩巷道、深井巷道等复杂困难条件下锚索喷支护的锚固力在很大程度上取决于所锚岩体的力学性能，软岩巷道的可锚性差是造成锚杆锚固力低和失效的重要原因，在软岩中施工大断面巷道，传统的支护理论和支护方式不能满足要求，另一方面随着科学的进步和现代工业的发展，出现新的支护理念和新的支护材料，兴山煤矿一开拓区115队在施工的三水平南一石门29-30层下段收尾材料道，采用锚网喷与注浆联合支护技术，实现了“锚注一体化”，确保了支护强度及施工安全，满足了生产的需要。
2 工程概况
兴山煤矿一开拓区115队施工的三水平南一石门29-30层下段收尾材料道，该区地质构造复杂，受F322、F29、F28等多个大断层影响，而且次生断层多，造成围岩破碎，裂隙发育，由于117队施工该材料道，标高为-78.8米---- -170.0米，长度243米，坡度-22度。巷道穿过围岩层节理发育，施工过程中穿过18-1层煤，同时穿过2个断层，断层带宽1.3-2m，顶底板岩性均为细砂岩，层理发育。以前巷道支护通常采用锚网索喷或架棚支护，经过一段时间后，经常会出现巷道围岩来压，造成碹体脱落，开裂、底鼓等巷道塑性变形现象，影响正常使用，修复时即危险还影响煤炭的正常生产，通过采用锚网喷与注浆联合支护，确保了支护强度及施工安全，满足生产的需要
3 支护方式确定：
由于该巷道断面大（13.0㎡），服务年限长，正确选择它的支护方式才能保证其将来的安全使用，按传统的支护方式，兴山矿采用：
① 架棚支护方式。
②锚网索喷支护方式。
以上两种支护方式：第一种由于巷道变形压力持续作用时间长，棚腿、梁变形严重，且施工工艺复杂，后期维修难度大，危险程度高，施工速度慢，工序复杂工资费用高，材料消耗多。
第二种支护由于岩石破碎，随着围岩松动圈的不断扩大，巷道本身受力会出现喷层开裂、脱落、网兜现象，很难达到理想的支护效果。
4、支护参数
（1）、锚杆：采用￠20×2500mm左旋无纵筋等强螺纹钢锚杆，锚杆采用树脂药卷端头锚固，树脂锚固剂型号为CK2545，用量为2支/根。
（2）、金属网：采用￠6.0mm钢筋焊接而成，网片尺寸为1000×2000mm，网格尺寸75× 75mm。
（3）、注浆材料：注浆施工中所需材料主要有水泥、水玻璃、注浆锚杆、水泥注浆添加剂等。
①、水泥：采用425#普通硅酸盐水泥，出厂日期超过三个月禁用；
②、水玻璃：采用38玻镁度水玻璃，模数n=3.2，比重为：1.3551Kg /升。注浆材料的质量配比为0.75～0.5：1：0.06（水：水泥：水玻璃）；
③、注浆枪：由1"无缝钢管加工而成，长度为1500mm，端头有50mm长的丝扣。
（5）、注浆参数：注浆孔深、注浆终压、浆液扩散半径、注浆孔间排距。
①、注浆孔深度为2.0m。 ②、注浆终压为1—3MPa。
5、 原理
（1）首先将裸露的围岩进行初喷混凝土封闭，然后进行注浆，将松散破碎的围岩胶结成整体，提高了岩体的内聚力、内摩擦角和弹性模量，从而提高了岩体强度，可以实现利用围岩本身作为支护结构的一部分；
（2）注浆后可以利用浆液封堵围岩的裂隙，隔绝空气，防止围岩风化，能有效防止围岩被水浸湿而降低围岩本身的强度；
（3）注浆后使得喷层壁后充填密实，这样保证荷载能均匀地作用在喷层和支架上，避免出现应力集中点而首先破坏；
（4）利用注浆充填围岩裂隙，配合锚网喷支护，可以形成一个多层有效组合拱，形成的多层组合拱结构扩大了支护结构的有效承载范围，提高了支护结构的整体性和承载能力；
（5）注浆使得支护结构断面尺寸加大，围岩作用在支护结构上的荷载所产生的弯矩减小，从而降低了支护结构中产生的拉应力和压应力，因此能承受更大的荷载，提高了支护结构的承载能力，扩大了支护结构的适应性；
（6） 注浆后的围岩整体性好，与原岩形成一个整体，从而在高应力下保持稳定而不易产生破坏。
6 注浆加固方案及工艺设计
（1） 注浆加固材料
选用物理方法，材料是水泥十水十水玻璃。配比1：1一0.8：：2一3%。
（2） 注浆加固工艺
1）注浆系统选择：考虑井下施工条件限制，选择双液注浆系统；
2）注浆时机的选择：及时注浆能使围岩保持较高的承载能力，有效约束围岩变形。根据巷道的变形一般规律，掘后2-3 天内其变形量为5～15mm，此时注浆其后续变形将由于围岩被加固而受到有效控制，故注浆越及时，控制效果越好，从注浆作业方便和尽量发挥注浆加固的作用出发，确定工业性试验中的注浆加固在巷道施工前进行对围岩注浆，后每施工一遍及时对巷道进行注浆加固；
3）注浆孔深度。由于注浆对裂隙宽度有-定的要求，而围岩裂隙宽度由外往里逐渐变小，一般地注浆孔深度应小于裂隙发育围岩深度，因此，根据裂隙发育的经验公式计算出注浆孔深度4m； 4）注浆孔布置：已巷道轮廓线布置，排距1.0m，间距1.0m。
5）注浆压力。注浆终压控制在l～3Mp a之间。注满后，浆液停止不动，，保持终压不变，维持l～3min，以保证注浆充填程度和密实性；
6） 注意事项：
① 要提高巷道成形质量，首先最大限度地减轻爆破时围岩的松动破坏，减少支护工作难度。作业规程中要求周边眼距250mm ，要求缩短围岩暴露时间，掌握好光面控制爆破即能控好巷道周边轮廓，又能控制围岩松动范围，从而充分发挥围岩自身自承能力，改善支杆受力状态，提高支护效果。
② 由于受围岩稳定的限制若进度过大，极易产生片邦、抽冒顶现象，难以实施联合支护，而且钢筋网规格要满足整个循环作业，及时锚喷支护工作面，循环进度定为1.0m。
6 使用效果和发展方向
（1）通过对巷道注浆加固，使巷道周围的围岩有效的结合为一个整体，有效地提高了巷道整体的支护强度；
（2）通过对巷道注浆加固，①提高了施工中的安全系数，②提高了岩体承载强度，实现了利用围岩本身作为支护结构的一部分，③提高了施工速度和劳动效率，④降低了施工中的安全隐患（5）锚网喷注耦合支护后由于浆液和围岩的相互作用还在继续，浆液还没有完全发挥其充分作用，因此，一开始围岩也有少量变形但很快趋与平衡，此时的顶底板位移曲线近于一条直线，说明巷道围岩基本稳定，围岩变形量不会随时间（周）继续变大， 围岩稳定性明显增强，5周内有小的变形，帮壁内移量只有6 mm左右， 5周后，巷道围岩不发生位移，这显示出水泥浆的固化作用。
（3） 与锚喷支护相比，由于锚网喷注耦合支护时注浆既加固了围岩，又给锚杆提供了可靠的着力基础，使围岩强度和承载能力得到显著提高，巷道变形量明显降低，是一种非常好的主动支护形式，可以较好地解决深部软岩巷道的支护问题。
（4） 将锚网喷注耦合支护技术应用于高应力软岩巷道，为解决类似条件下巷道支护问题提供先进技术；
（5） 据兴山煤矿三水平南一石门29-30层下段收尾材料道采用锚网喷注耦合支护工艺的支护效果可以看出，该支护技术适合深部软岩巷道的支护和治理。
（6）根据以前的注浆经验，个别区域由于软岩孔隙少，泥质成分高等原因，注浆困难，注浆量小，在今后的工作中应研究不同类别软岩炮后最佳注浆时间，还要研究增加孔隙度的管路压裂技术可否应用加固软岩的注浆工艺上，以进一步提高围岩强度。
[关键词]锚网索联合支护 注浆 软岩
中图分类号：C39
1 前言
随着开采深度的不断增加，矿山压力逐渐增大，受力环境变得更加复杂，由于软岩巷道不能为锚杆提供可靠的着力基础，锚杆支护主要使用在围岩稳定程度较高的巷道，在软岩巷道、深井巷道等复杂困难条件下锚索喷支护的锚固力在很大程度上取决于所锚岩体的力学性能，软岩巷道的可锚性差是造成锚杆锚固力低和失效的重要原因，在软岩中施工大断面巷道，传统的支护理论和支护方式不能满足要求，另一方面随着科学的进步和现代工业的发展，出现新的支护理念和新的支护材料，兴山煤矿一开拓区115队在施工的三水平南一石门29-30层下段收尾材料道，采用锚网喷与注浆联合支护技术，实现了“锚注一体化”，确保了支护强度及施工安全，满足了生产的需要。
2 工程概况
兴山煤矿一开拓区115队施工的三水平南一石门29-30层下段收尾材料道，该区地质构造复杂，受F322、F29、F28等多个大断层影响，而且次生断层多，造成围岩破碎，裂隙发育，由于117队施工该材料道，标高为-78.8米---- -170.0米，长度243米，坡度-22度。巷道穿过围岩层节理发育，施工过程中穿过18-1层煤，同时穿过2个断层，断层带宽1.3-2m，顶底板岩性均为细砂岩，层理发育。以前巷道支护通常采用锚网索喷或架棚支护，经过一段时间后，经常会出现巷道围岩来压，造成碹体脱落，开裂、底鼓等巷道塑性变形现象，影响正常使用，修复时即危险还影响煤炭的正常生产，通过采用锚网喷与注浆联合支护，确保了支护强度及施工安全，满足生产的需要
3 支护方式确定：
由于该巷道断面大（13.0㎡），服务年限长，正确选择它的支护方式才能保证其将来的安全使用，按传统的支护方式，兴山矿采用：
① 架棚支护方式。
②锚网索喷支护方式。
以上两种支护方式：第一种由于巷道变形压力持续作用时间长，棚腿、梁变形严重，且施工工艺复杂，后期维修难度大，危险程度高，施工速度慢，工序复杂工资费用高，材料消耗多。
第二种支护由于岩石破碎，随着围岩松动圈的不断扩大，巷道本身受力会出现喷层开裂、脱落、网兜现象，很难达到理想的支护效果。
4、支护参数
（1）、锚杆：采用￠20×2500mm左旋无纵筋等强螺纹钢锚杆，锚杆采用树脂药卷端头锚固，树脂锚固剂型号为CK2545，用量为2支/根。
（2）、金属网：采用￠6.0mm钢筋焊接而成，网片尺寸为1000×2000mm，网格尺寸75× 75mm。
（3）、注浆材料：注浆施工中所需材料主要有水泥、水玻璃、注浆锚杆、水泥注浆添加剂等。
①、水泥：采用425#普通硅酸盐水泥，出厂日期超过三个月禁用；
②、水玻璃：采用38玻镁度水玻璃，模数n=3.2，比重为：1.3551Kg /升。注浆材料的质量配比为0.75～0.5：1：0.06（水：水泥：水玻璃）；
③、注浆枪：由1"无缝钢管加工而成，长度为1500mm，端头有50mm长的丝扣。
（5）、注浆参数：注浆孔深、注浆终压、浆液扩散半径、注浆孔间排距。
①、注浆孔深度为2.0m。 ②、注浆终压为1—3MPa。
5、 原理
（1）首先将裸露的围岩进行初喷混凝土封闭，然后进行注浆，将松散破碎的围岩胶结成整体，提高了岩体的内聚力、内摩擦角和弹性模量，从而提高了岩体强度，可以实现利用围岩本身作为支护结构的一部分；
（2）注浆后可以利用浆液封堵围岩的裂隙，隔绝空气，防止围岩风化，能有效防止围岩被水浸湿而降低围岩本身的强度；
（3）注浆后使得喷层壁后充填密实，这样保证荷载能均匀地作用在喷层和支架上，避免出现应力集中点而首先破坏；
（4）利用注浆充填围岩裂隙，配合锚网喷支护，可以形成一个多层有效组合拱，形成的多层组合拱结构扩大了支护结构的有效承载范围，提高了支护结构的整体性和承载能力；
（5）注浆使得支护结构断面尺寸加大，围岩作用在支护结构上的荷载所产生的弯矩减小，从而降低了支护结构中产生的拉应力和压应力，因此能承受更大的荷载，提高了支护结构的承载能力，扩大了支护结构的适应性；
（6） 注浆后的围岩整体性好，与原岩形成一个整体，从而在高应力下保持稳定而不易产生破坏。
6 注浆加固方案及工艺设计
（1） 注浆加固材料
选用物理方法，材料是水泥十水十水玻璃。配比1：1一0.8：：2一3%。
（2） 注浆加固工艺
1）注浆系统选择：考虑井下施工条件限制，选择双液注浆系统；
2）注浆时机的选择：及时注浆能使围岩保持较高的承载能力，有效约束围岩变形。根据巷道的变形一般规律，掘后2-3 天内其变形量为5～15mm，此时注浆其后续变形将由于围岩被加固而受到有效控制，故注浆越及时，控制效果越好，从注浆作业方便和尽量发挥注浆加固的作用出发，确定工业性试验中的注浆加固在巷道施工前进行对围岩注浆，后每施工一遍及时对巷道进行注浆加固；
3）注浆孔深度。由于注浆对裂隙宽度有-定的要求，而围岩裂隙宽度由外往里逐渐变小，一般地注浆孔深度应小于裂隙发育围岩深度，因此，根据裂隙发育的经验公式计算出注浆孔深度4m； 4）注浆孔布置：已巷道轮廓线布置，排距1.0m，间距1.0m。
5）注浆压力。注浆终压控制在l～3Mp a之间。注满后，浆液停止不动，，保持终压不变，维持l～3min，以保证注浆充填程度和密实性；
6） 注意事项：
① 要提高巷道成形质量，首先最大限度地减轻爆破时围岩的松动破坏，减少支护工作难度。作业规程中要求周边眼距250mm ，要求缩短围岩暴露时间，掌握好光面控制爆破即能控好巷道周边轮廓，又能控制围岩松动范围，从而充分发挥围岩自身自承能力，改善支杆受力状态，提高支护效果。
② 由于受围岩稳定的限制若进度过大，极易产生片邦、抽冒顶现象，难以实施联合支护，而且钢筋网规格要满足整个循环作业，及时锚喷支护工作面，循环进度定为1.0m。
6 使用效果和发展方向
（1）通过对巷道注浆加固，使巷道周围的围岩有效的结合为一个整体，有效地提高了巷道整体的支护强度；
（2）通过对巷道注浆加固，①提高了施工中的安全系数，②提高了岩体承载强度，实现了利用围岩本身作为支护结构的一部分，③提高了施工速度和劳动效率，④降低了施工中的安全隐患（5）锚网喷注耦合支护后由于浆液和围岩的相互作用还在继续，浆液还没有完全发挥其充分作用，因此，一开始围岩也有少量变形但很快趋与平衡，此时的顶底板位移曲线近于一条直线，说明巷道围岩基本稳定，围岩变形量不会随时间（周）继续变大， 围岩稳定性明显增强，5周内有小的变形，帮壁内移量只有6 mm左右， 5周后，巷道围岩不发生位移，这显示出水泥浆的固化作用。
（3） 与锚喷支护相比，由于锚网喷注耦合支护时注浆既加固了围岩，又给锚杆提供了可靠的着力基础，使围岩强度和承载能力得到显著提高，巷道变形量明显降低，是一种非常好的主动支护形式，可以较好地解决深部软岩巷道的支护问题。
（4） 将锚网喷注耦合支护技术应用于高应力软岩巷道，为解决类似条件下巷道支护问题提供先进技术；
（5） 据兴山煤矿三水平南一石门29-30层下段收尾材料道采用锚网喷注耦合支护工艺的支护效果可以看出，该支护技术适合深部软岩巷道的支护和治理。
（6）根据以前的注浆经验，个别区域由于软岩孔隙少，泥质成分高等原因，注浆困难，注浆量小，在今后的工作中应研究不同类别软岩炮后最佳注浆时间，还要研究增加孔隙度的管路压裂技术可否应用加固软岩的注浆工艺上，以进一步提高围岩强度。