破碎軟巖大巷壁后注漿加固技術研究
摘要：介紹了破碎軟巖壁后注漿作用機理，以平禹一礦機軌合一大巷為例，對注漿參數、設備、工藝流程以及注漿效果作了詳細的論述，通過工程實踐取得良好支護效果。關鍵詞：作用機理；注漿參數；注漿工藝；注漿效果
1.概況
平禹一礦東翼機軌合一大巷布置在二1煤頂板10m以上的泥巖中，該巷道原大部分采用“U36 + 噴射混凝土”支護。因巷道斷面大、圍巖層理發育，巷道掘出一段時間后，大部分區域噴層開裂、脫落，底臌嚴重，斷面縮小，無法滿足安全生產的要求。經過多次反復擴修，也根本達不到支護阻力的要求。為了提高圍巖本身的承載性能，決定擴修后采用壁后注漿支護技術方案。
2.壁后注漿加固技術的作用機理
壁后注漿加固巷道圍巖是采用圓鋼管作為錨桿，并兼作注漿管使用。其支護原理主要包括以下幾個方面：
（1）壁后充填加固作用
壁后進行注漿充填，外荷載均勻地傳遞給支架，使支架承受均布荷載。同時，注漿充填層可吸收圍巖部分變形能及變形量，減少支護及圍巖變形的劇烈程度。
（2）裂隙充填與壓密作用
注漿漿液可以將相互連通的巖體裂隙充滿，并將破碎的圍巖膠結成整體，抑制圍巖流變。同時還可將充填不到的封閉裂隙和孔隙壓縮，從而對巖體整體起壓密作用，巖體彈性模量、強度相應提高。
（3）網格骨架作用
注漿漿液經擠壓或滲透到圍巖裂隙中固結，會形成新的網格骨架結構，固結體具有良好的韌性和粘結性，承受外載時表現出更好的塑性，可以承受較大的變形而不破壞，從而改善巷道維護狀況。
（4）注漿漿液對錨桿桿體抗腐蝕性得以加強
注漿漿液充入桿體周圍后，一方面使桿體全長受到防銹鈍化膜的保護。同時注漿漿液對錨桿也起到了很好的加固作用，從而保證了錨桿自身的長期穩定性。
（5）注漿為錨桿提供可靠的著力基礎
良好的注漿效果可實現錨桿在全長范圍內良好的錨固效果，為錨桿提供可靠的著力基礎，進一步保證了巷道內層結構的承載能力。
（6）對錨噴支護的增強作用
注漿漿液可以強化噴層與圍巖的粘結作用，維護噴層穩定，使端錨型錨桿轉為全長錨固型。經圍巖注漿加固，使頻于破壞的錨噴支護體轉變成高強的噴錨注加固圈，可以使圍巖變形速度大大降低，實現長期維護。
（7）水泥基注漿材料固結破裂煤巖體的性能得以增強
破裂煤巖通過水泥基注漿固結體，其固結體延性增大，變形能力、強度、穩定性顯著增加，這有利于形成適應大變形的承載結構。
3.注漿參數設計
東翼機軌合一大巷注漿加固采用一次注漿方式，在圍巖裂隙較小，注漿困難的位置進行二次注漿加固。
（1）注漿孔深及間排距
注漿孔深取決于巷道圍巖的滲透性和漿液的流動性，根據巷道圍巖裂隙發育的經驗公式：
………………………………（公式1）
公式中：R—圍巖破碎圈半徑（m）；
γ—巖層平均密度，
H—巷道埋深（m），
Rc—巖石抗壓強度(MPa)，
a—巷道半徑(m)。
經公式1計算，得出裂隙發育的范圍為1.92m，考慮圍巖的滲透性和注漿加固的目的，取一定的安全系數，設計注漿孔的深度為2.5m。
注漿孔的間排距根據漿液擴散距離設計，而擴散距離受注漿壓力、漿液流動特征、裂隙開度、產狀及分布特征和注漿工藝等因素影響。根據試驗段的現場寫實，巷道單孔漿液擴散距離為3.5米以上。為了確保安全，設計注漿孔排距為4.8米，間距為2米。
（2）注漿壓力
本次注漿壓力主要用于克服漿液在裂隙中的流動阻力，注漿壓力一般控制在1～2.5MPa，并在施工中根據注漿量適時調整。
（3）注漿時間及注漿量
注漿時間是指單孔注漿時漿液從注入巷道圍巖到結束所需的時間，為保證注漿效果，單孔注漿時間控制5min左右。
注漿量隨不同部位的破裂程度、裂隙分布情況是不一樣的，按理論公式估算如下：
單孔注漿量：
………………………………………（公式2）
式中：Q1—單孔注漿量
λ—漿液損失系數，取1.2
β—充填系數，一般取0.7
R—漿液擴散半徑m,取1.0m
h—注漿深度m，取2.5m
n—有效裂隙率，取1%
m—結石率，取0.9
將有關數據代入公式2計算，每個注漿孔需0.0733m3漿液，約110Kg水泥。 每米巷道的注漿量：
……………………………………（公式3）
式中：Q2—巷道每米注漿量
L—巷道軸向長度，取1m
r1—巷道裂隙發育的外半徑，取4.52m
r2—巷道半徑，取2.6m
將有關數據代入公式3計算，每米巷道注漿需0.4m3漿液，約600Kg水泥。
4.注漿管及注漿材料
（1）注漿管加工
注漿管采用無縫鋼管制作, 鋼管直徑φ22mm, 壁厚為2.5mm, 桿長2m，桿體上每隔200mm 均勻鉆出φ8mm 注漿孔，一周3個孔，不在同一圓周上，管口螺紋M22，螺紋長50mm，管終端呈稍扁狀, 以增加注漿出口壓力，安裝時鋼管外露30mm，用快硬水泥封孔。
（2）注漿材料
為節約注漿成本，注漿材料首選32.5級普通硅酸鹽水泥，水灰比取0.6～1.5，根據現場施工漿液的滲透性調整水灰比，為了保證注漿固結巷道圍巖的強度，水灰比不宜過多，采用摻入高效減水劑提高水泥漿液的流動性和滲透性，降低漿液的水灰比。高效減水劑摻量是水泥的0.7%～1%。
5. 注漿工藝
（1）準備工作
在巷道內支護體及圍巖暴露面噴射強度較高的混凝土，使噴層與原支護結構形成一個結合層，封閉巖面，防治跑漿。
（2）鉆孔與封孔
注漿施工過程中，為避免因注漿孔過近而產生竄漿現象，同一斷面的注漿孔先打1、3、5號孔，并按序號先后進行注漿，待注漿結束后，再打2、4號孔，并按序號注漿。沿巷道軸向方向的注漿孔，每間隔一排進行打眼注漿，當注漿50m后，再進行加密注漿。為加快注漿速度，可以采用多臺注漿泵同時注漿。封孔采用快硬膨脹水泥，提前一班進行封孔，確保封孔水泥硬化，保證封孔質量。
（3）拌料注漿
接通管線，用清水試注，嚴格按水灰比供水上料，攪拌均勻，將吸漿管放入料桶中，開泵注漿，通過調壓閥由小到大調節注漿壓力，觀察注漿速度、注漿量、漏漿情況等，調整注漿時間，保證注漿效果。
（4）注漿監測及質量檢查
注漿施工隱蔽性強，應加強注漿過程中的監測監控工作及注漿后的質量檢查工作。注漿初期應詳細記錄注漿壓力、注漿量、滲透范圍等參數變化情況，掌握其規律，以調整并確定注漿參數，指導后續的注漿工程。注漿后可選擇典型位置復注漿，觀察注漿情況，同時進行常規的礦壓觀察、深孔位移和聲波測試，分析判斷注漿效果。
注漿施工組織
注漿施工需要一套專用設備及管路系統，占據一定的空間，應合理組織。打眼封孔與注漿可以分開，每天安排兩班打眼封孔一班注漿，適當集中注漿工作，便于管理，也有利于保證注漿效果，注漿班需4～5人，兩人備料，一人開泵，一人聯接封孔管，另一人協調并監測注漿過程。
6.巷道礦壓觀測
通過在頂板和兩幫設置多點位移計，觀測巷道頂板和兩幫內部變形情況；
機軌合一大巷注漿后在巷道兩幫與頂底板設立對應的深孔位移監測點，每隔5d進行一次位移檢測。巷道維修60d后趨于穩定，兩幫達到最大變形量50mm左右，支護效果十分明顯。
7.結論
(1)從機軌合一大巷實踐工程的效果來看，注漿提高了淺部巖體的圍巖強度，形成了承載結構，降低圍巖變形的程度，達到了注漿加固的目的，保證了巷道安全使用，取得了良好的工程實踐效果。
(2)錨注技術的關鍵參數注漿壓力、注漿時間與漿液擴散的范圍是互相影響的，沒有固定的取值，要根據圍巖的破碎情況靈活而定，選擇最合適的參數。
(3) 加入改善硅酸鹽水泥流動性的外加劑，提高了水泥的滲透擴散性能，滿足了巷道圍巖注漿加固要求
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