巷道围岩控制方法之锚注支护

发布于:2021-06-21 04:53:13

浅析巷道围岩控制方法之锚注支护 摘要:*年来,我国经济得到了的飞速发展,作为主要能源的煤 炭起到了决定性作用。但伴随着煤炭产量的日益提高,煤炭资源逐 渐减少,开采条件也日益复杂。其中,在复杂开采条件下,保证正 常、高效、安全生产,巷道围岩控制、支护问题也成为我们必须解 决的首要难题。通过研究分析与现场应用,提出了锚注支护在煤矿 井下高应力、软岩条件、采动影响下巷道的有效支护方式。 关键词:复杂条件 围岩控制 巷道维护 锚注支护 1、概述 目前,煤矿井下高应力区、软岩条件、采动影响下巷道支护方式、 支护参数的确定是一个世界性难题,尤其是开掘在既是高应力区又 是软岩中的巷道支护难度更大,现在国内外普遍采用加大支护密 度,锚架联合支护、卸压等方式来增加支护强度,力求减少巷道使 用过程中的破坏变形量,但效果不是很理想,在巷道服务年限内仍 需要翻修多次。采用注浆材料和注浆锚杆支护方式加固巷道围岩, 增加围岩自身承载能力,在支护理论上是先进的,在材料、设备供 应、施工工艺上已有成功的先例。结合生产实际中的具体条件,可 进一步引进试用,研究几种支护加固方式,摸索出适合煤矿井下高 应力区、软岩条件、采动影响下巷道支护技术和方式,很有必要。 2、锚注支护原理浅析 所谓锚注支护,就是利用锚杆注浆技术改变围岩松散破碎结构, 提高其粘结力、内摩擦角和围岩的整体性,使围岩为锚杆提供可靠 的着力基础,充分发挥锚杆对松散破碎软弱岩层的锚固作用。注浆 锚杆即是锚杆又能用其进行注浆。注浆锚杆注浆支护加固机理如图 1 所示。 图 1 注浆锚杆注浆支护加固机理图 围岩注浆后,一方面将松散破碎软弱岩块胶结成为一个整体,从 而提高岩体的内摩擦角和内摩擦力,使岩体本身成为一种支护结 构;另一方面,使普通端锚式锚杆成为全长锚固锚杆,使锚杆与围 岩形成整体,充分发挥锚杆锚固作用,组成可靠有效的组合拱。利 用浆液充填围岩裂隙,与錨喷网支护相结合,形成多层组合拱(锚 网组合拱 d、锚杆压缩区组合拱 b、浆液扩散加固拱 a、喷层与压缩 区间的浆液加固拱 c),可扩大支护结构的有效承载范围,提高支护 结构的整体性和承载能力。 3、锚注加固注浆材料与设备 3.1 注浆锚杆 锚注用锚杆是一种特制的中空锚杆,利用这种锚杆的外段进行锚 固和封孔,而利用其内段进行射浆,达到锚注合一的效果。整个锚 杆由杆体、托板、分隔体、紧固螺帽等几部分组成,如图 2 所示。 a——注浆段; b——锚固封孔段; c——联接段 图 2 锚注用特种中空锚杆示意图 3.2 注浆材料 目前国内常用的注浆材料有水泥类单液浆、水泥和水玻璃双液 浆、化学类浆液。 注浆材料的选择与巷道破坏机理有关,如重力、构造应力为主造 成巷道破坏的可选用水泥、水泥和水玻璃双液浆液。如造成巷道失 稳的主要因素是膨胀性粘土矿物,如蒙脱石、高岭石、伊利石等, 则应以化学浆液更好。 3.3 注浆泵 注浆泵是锚注过程中使用到的最主要设备之一。其性能及其工作 性能直接关系到注浆效率和注浆效果。常用的注浆泵主要有液压注 浆泵、电气注浆泵和气(风)动注浆泵等几种。 4、注浆锚杆布置与注浆参数 4.1 注浆锚杆布置 锚杆间距、排距等支护参数不仅受到注浆要求的影响,还要受到 锚杆对围岩必须提供足够支护阻力等方面的影响,所以在设计锚杆 布置参数时,要综合考虑上述因素的影响。 注浆孔的布置应使相邻两孔固结浆液的径向分布在一定程度上 互相贯透,且浆液的多余部分能充填固结体之间的空隙,孔的排列 方式一般有按行排列及三角形排列两种。 当采用按行排列时(图 3a),为满足前述要求至少应使得 a1 =2a2 ,a1 为矩形 abcd 的面积,a2 为矩形 abcd 内各注浆孔的注浆 扩散面积。 a1 =2rd,a2=π r2/2,故应有:2rd=π r2,经计算得,d=1.57r, 其中:r 为注浆孔的扩散半径,通常取值 1~2.5m;d 为孔间距。所 以按注浆要求,锚杆的间距至少可以在 1.5m 左右。同理,排距也 可以在 1.5m 左右。 当采用按等边三角形排列时(图 3b),同理,经计算有:d=1.77r。 所以按注浆要求,按等边三角形排列的锚杆间距至少可以在 1.7m 左右。同理,排距也可以在 1.7m 左右。当然,锚杆间、排距还要 受到锚杆对围岩必须提供足够支护阻力等方面的影响,得知使用锚 注加固所维护的高应力软岩巷道的具体矿山地质条件和生产技术 条件后,即可确定按支护强度所要求的锚杆间排距。 图 3 注浆孔的布置方式 a—成排布置方式;b—等腰三角形布置方式 4.2 注浆参数 锚注支护施工工艺的核心是注浆参数的控制,合理地监控巷道围 岩注浆过程和确定注浆结束标准,是确保注浆效果的关键。实践表 明,利用注浆压力,注浆量和注浆时间三个指标作为控制注浆的标 准较为合理。 (1)注浆压力 注浆压力是浆液在围岩中扩散的动力,它直接影响注浆加固质量 和效果,锚杆承载力随注浆压力的增大而增大,但这种增大不是无 限的,当注浆压力超过 4mpa 时,注浆压力的提高对锚杆承载力的 影响是微不足道的,所以根据注浆经验和研究,最终注浆压力定为 3mpa。 (2)注浆量 注浆量的大小是最主要的注浆参数之一,由于围岩的裂隙发育情 况、松动范围和围岩性质等方面的差异,单位面积的围岩注浆量往 往有很大的差别。所以本着既有效地加固围岩,达到一定的扩散半 径,又要节省注浆材料和注浆时间的原则,通过理论分析和现场经 验,结合围岩状况确定每孔注浆量最佳注液量一般为 30~50kg 浆 液。

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