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    小康矿  王吉凯   马中军   宋凯      

    摘要流变性软岩灌浆加固技术存在的问题。在W3-101工作面运、回顺推广应用中,通过采取地质构造带特殊底板加固措施;改进灌浆孔布置、注头及堵漏方式;取得了较好的围岩加固效果。

    关键词:劈裂灌浆;围岩加固;应用改进

    1 引言

    流变性软岩灌浆加固技术,20196月开始在W3-101工作面运、回顺推广应用。针对S2N5试验段存在的问题,在W-101运、回推广应用中,通过对断层、无煤带、应力集中区等地质构造带,进行底板特殊加固处理、改进施工工艺。减小了底板底臌量及帮顶变形,取得了较好的灌浆加固效果,保证了运、回顺的正常使用。下一步将进行中空注浆锚索(锚杆)技术、湿式喷浆技术等与劈裂灌浆加固技术的组合研究、试验。为今后形成以“流变性软岩灌浆加固技术”为核心的完整技术体系打下基础。逐步达到取消金属棚、实现巷道无翻修的目标。

    2 构造带底板加固

    针对断层、无煤带等构造带,围岩稳定性差、底鼓量大的问题。通过采取底板浇筑混凝土的方式构筑,增加底板承压盖板强度。加长底角注头,形成钢管混凝土结构抗剪结构,切断帮、顶压力向底板转移,减小底臌分力。施工正底注头灌浆,增加底板灌浆量。以加强对底板底鼓控制(见图1)。

    底板混凝土盖板:水泥为Po42.5级普通硅酸盐水泥,砂为细砂,石子选用粒径为510mm的碎石,灌注混凝土的强度不低于C25。两帮底角与底板接合部位,混凝土必须接合严密、充严注实。底板浇筑混凝土前先将注头放入注浆孔中,再在底板浇筑混凝土承压盖板。

    灌浆孔布置:每排盖板灌浆孔2~6#孔孔深2m,使用1m长注头;底板178#孔孔深4m,使用2m长注头(详见图1)。

       

    1 底板注头及混凝土盖板布置图

    底板灌浆:待底板混凝土盖板形成24小时以后,按水固比0.52:1调制好浆料,灌浆时利用回浆管调节压力,灌浆压力逐渐升高,直至压力达到8MPa,并持续1分钟,结束灌浆。底板浇筑混凝土必须保证巷道正常使用高度。

    3 工艺改进

    3.1 注头改进

    S2N5回顺试验段灌浆使用自制铁注头。注头长1m,使用Φ75mm×750mm无缝钢管和Φ20mm×250mm无缝钢管焊接在一起制成,注头的进浆端头预留丝扣用于连接管路及接延灌浆管。灌浆自制注头结构见图2。弊端是:管壁没有出浆孔,不利于浆液扩散;没有回浆管,孔内形成气柱后,影响灌浆效果。进浆管过短,不能起到类似锚杆全长锚固的支护效果。 

     

    2 S2N5回顺用注头结构图

    W3-101运、回顺用注头,为具有回浆功能的输浆注头,长度2000mm。使用Φ75mm×750mm无缝钢管和Φ20mm×2000mm无缝钢管焊接在一起制成,见图3优点是:该注头带回浆管,可通过回浆管能够将孔内气体排出,有效避免了孔内形成气柱,影响灌浆效果。回浆管截止阀能够调节压力及流量变化、控制灌浆。注头长2m,能够起到全长锚固的支护效果。

     

    3 W3101运、回顺改进后注头结构图

    3.2 钻孔布置改进

    S2N5回顺试验段劈裂灌浆孔与盖板灌浆孔布置在同一棚空内,灌浆孔排距5.4m,每排布置16个(8个盖板灌浆孔、8个劈裂灌浆孔),见图4。弊端是:灌浆孔过于集中,造成局部浆液灌不进去;排距远,浆液很难扩散至两排灌浆孔之间、灌浆效果差。

     

    ○—盖板灌浆孔;△—劈裂灌浆孔

    4 原灌浆孔布置平面展开图

    W3-101运、回顺每排布置7个盖板灌浆孔,排距4.9m。劈裂灌浆孔位于两排盖板灌浆孔中间(见图5并将灌浆孔靠近帮、顶补强锚索布置。优点是:灌浆孔分布均匀,不会产生局部浆液过剩,造成二次打眼困难排距合理,满足浆液扩散要求、灌浆效果好。浆液扩散后与锚索握裹,对锚索全长锚固。

     

    ○—盖板灌浆孔;△—劈裂灌

    5 改进后灌浆孔布置平面图

    2.3 堵漏方式改进

    S2N5回顺试验段是在灌浆施工过程中,对漏浆处用堵漏剂进行堵漏,往往由于漏点多,难以控制。W3-101运、回顺采取灌浆前堵漏,即灌浆前对锚杆托盘、卡子、拉条及管线后巷帮等,可能会漏浆的部位,用堵漏剂进行封堵。堵漏方式改进后,漏浆明显减少、灌浆效果明显好转,起到了事半功倍的效果。

    4 效果观测

    据现场观测,未灌浆加固的运顺(1670m~1560m),受采动影响约90m范围内,棚子变形严重、底梁撅起。巷道净宽收敛量387mm/月。

    而灌浆加固后的回顺(1700m~1610m),灌浆巷道经采动压力检验,底梁无反拱、支起,超前支护段只需拉底处理,既能满足工作面通过。回顺超前工作90m范围内巷道净宽收敛量30mm/月。4.6m圆棚现剩余宽度4.3m4m。总体看,完全满足运输、行人及通风等生产要求,无需翻修。

    5 近期规划

    5.1 开展注浆锚索应用研究

    下一步将重点研究注浆锚索与灌浆加固技术的结合,用注浆锚索、锚杆注头代替自制铁注头。通过锚杆、锚索的全长锚固,增加锚杆、锚索与围岩的握裹力及抗剪强度。形成注浆锚杆、锚索与围岩内混凝土网络骨架的结合力。达到加固围岩、控制软岩巷道轴向及径向变形的目的。注浆锚索注头由注浆锚索与DN70无缝钢管焊接而成,其结构详见6

    设计施工方案:喷浆(50~100mm厚)→钻φ35mm钻孔(7m深)→扩孔至φ75mm1m深)→安装注浆锚索→安装套管→复喷混凝土(100mm厚)→上胶垫、托盘及锁具、进行张拉(预紧力10t)→灌浆。在中空注浆锚索与注浆管路连接处接设截止阀,待注浆结束40分钟后拆下截止阀,清水冲洗,重复使用。其他与自制铁注头注浆工艺相同。  

     

    图6 注浆锚索注头结构图

    5.2 湿式喷浆应用研究

    目前,国产的矿用湿式喷浆机(见图7)体积大、占用巷道空间;给料槽高,人工上料费事;并且需要在喷浆机加水,实际属于潮喷机,不能实现真正意义上的湿式喷浆。

     

    图7 JPS9U-JL湿式混凝土喷射机

    为此,小康矿与马国彦教授团队正在研究适用于作业空间狭小的井下环境的湿式喷浆机(见图8)。该喷浆机由上料装置、搅拌桶、喷浆机三部分组成。上料装置由升降台车与底卸式给料槽组成,由底卸式给料槽将砂子、水泥装倒入立式搅拌桶内,节省人力。搅拌桶将搅拌好的混凝土漏到喷浆机里,由喷浆机喷射出去。该喷浆机由JPS9U-JL型湿式混凝土喷射机改制,为解决JPS9U-JL喷浆机加入混凝土时易堵塞料杯的缺陷,设计将喷浆机料杯由9个改为11个,并对弃气阀进行了改进。该喷浆系统与井下现有的转7型喷浆机宽度基本相同,不占用横向空间最大使用高度1.3m,可满足井下各施工地点的使用要求。搅拌桶可满足6m3/h~7m3/h的喷浆要求。目前该喷浆机正在研制阶段,有望真正实现湿式喷浆在井下的推广应用。

     

    图8 创新研发的湿式喷浆机模型

    流变性软岩支护、控制技术,要以详实的工程地质条件为基础,规划出不同类型的巷道重点需要解决的问题。结合顶卸压技术、恒阻锚索技术、沿空留巷技术、注浆锚索技术、湿式喷浆技术、高预应力技术及围岩改性技术等。分类进行研究,制定支护、控制方案,突出重点技术,融汇其他先进的技术,创新出流变性软岩支护、控制的科学有效的新技术体系。

     

    作者简介:王吉凯1979.12-),男,辽宁抚顺人,硕士研究生,高级工程师,毕业于辽宁工程技术大学采矿工程专业,就职于小康矿地测大队,主任工程师,主要从事采矿、地质、测量工程设计及技术管理等工作曾在各级刊物万博体育首页登录论文22篇。  

     

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