围岩综合治理技术现场应用

摘要：介绍了复合支护巷道钢筋网、锚杆、预应力锚索支护的布置方式支护参数及注浆施工工艺。

关键词：树脂锚固 钢筋网 锚杆 预应力锚索 注浆

1 109轨道大巷概况

109轨道大巷开窝于-400大巷按α：6°方位，3‰上坡施工至“S13”后；调向按α：55°方位，3‰上坡施工109轨道大巷里段。

2 掘进工艺

109轨道大巷采用钻爆法掘进，有关掘进施工工艺、参数和工序衔接等按原作业规程进行。

3 支护方案总体设计

通过对童亭矿109轨道大巷的初步调查与分析，认为该巷道距离远、服务年限长、地质条件复杂，部分地段围岩具有薄层状、碎裂、松散、膨胀、强风化蚀变和高地应力作用等特征。以此为依据，设计该巷道的总体支护方案为：

3.1 为保证今后巷道底臌严重时清底工作的顺利进行，在原设计断面的基础上，将巷道底板向下超挖200mm，铺设石子、水泥道床、30kg钢轨。

3.2 巷道开挖达到设计断面要求后，立即进行全断面锚-网基本支护。

3.3 加打顶板预应力小直径锚索。

3.4 对巷道围岩进行初次喷射混凝土，喷厚20~30mm（预留锚索孔和注浆孔位置）。

3.5 滞后迎头40m左右（或掘后30d左右）对巷道围岩进行注浆加固。

3.6 滞后注浆20~30m（或注浆后20~25d），对巷道全断面进行第二次喷射混凝土，顶、帮喷至设计厚度150mm。

4 施工技术与工艺

4.1 锚-梁-网基本支护

4.1.1 基本支护的作业顺序：先拱顶，后两帮。

4.1.2 锚杆参数：采用高强螺纹钢锚杆。锚杆直径Φ=22mm，锚杆长度L=2400mm；两帮和顶板锚杆间排距800mm。

4.1.3 锚杆钻孔机具选择：采用风动锚杆钻机MQT-

120打顶板锚杆孔，YT-7665风锤打帮锚杆孔。锚杆孔深为2.3~2.4m。

4.1.4 锚固形式：采用加长端头锚固方式。

4.1.5 锚固剂及其长度：采用树脂卷锚固剂。树脂卷顶板用Z2460型、两帮用Z2950型；经计算：顶板锚杆锚固剂长度1.2m，两帮锚杆锚固剂长度：1m。

4.1.6 钢筋网和托盘：钢筋网为8#钢筋焊接的普通正方形金属网，网格80×80mm，长2m、宽1m。托盘的承载能力应与锚杆的力学性能相适应，使用中间突出的Φ140×8mm中孔Φ24mm的圆形钢托板。

4.1.7 锚杆施工工艺：每循环锚杆支护的施工工艺为，打顶板中间一个锚杆眼——铺设顶钢筋网——装树脂卷——安装中间顶板锚杆——用锚杆机打其它锚杆孔并安装锚杆——打两帮锚杆孔，铺设钢筋网，安装锚杆。

4.2 当基本支护完成以后，立即进行顶板小直径锚索的施工。锚索布置方案：在巷道拱顶轴线上和距巷道拱顶轴线向两边各2.0m处布设三道锚索，锚索间距2.0m，排距2.5m。在实际施工中，每孔使用3卷Z2460型，预紧力以200KN为宜。

4.3 初次喷射混凝土。基本支护完成后，立即对巷道全断面围岩表面进行初次喷射混凝土，喷层厚20~30mm（预留锚索孔和注浆孔位置）。喷浆材料、喷浆技术与工艺按原作业规程进行

4.4 巷道围岩注浆加固

4.4.1 注浆加固的技术原理。注浆加固围岩的巷道稳定技术，是一种在巷道中滞后作业的后注浆技术。它与在巷道破碎围岩地段的修复工作不同，这种注浆工作是在巷道沿未稳定的过程中进行的，是为巷道进一步稳定提供更好的围岩条件。

4.4.2 注浆加固时机选择的原理。按现代支护理论，巷道围岩稳定后的变形大小主要和围岩的破坏程度与破坏范围大小有关，而围岩的破坏程度和破坏范围大小除了和岩体原来的强度和围岩应力大小有关外，还和支护强度和支护作用时间有关。

有效地进行注浆加固的先决条件是：①考虑浆液易于渗流。②考虑注浆固结体强度。

注浆时间的选择要考虑围岩的裂隙的发育程度、浆液固结的岩体强度、所需控制的围岩变形量及注浆工艺等因素。

4.4.3 注浆加固时机的确定。根据巷道的一般变形规律，掘后2~3d内完成其最终变形量的5%~15%，此时注浆绝大部分后续变形将由于围岩被加固而受到有效抑制。

4.4.4 注浆加固深度的确定。注浆深度是控制巷道变形的主要因素之一。注浆深度越深，稳定巷道变形的能力也越高。但由于深部围岩的完整性较好，强度较高，过深的注浆既没有意义，进浆也困难。因此一般考虑渗透条件和注浆孔的施工方便，注浆深度略超过围岩裂隙发育的深度为界。

裂隙发育深度的经验公式：ry=(0.78+2.13УH/Rc)·a=(0.78+2.13×9.45/15)×2.5=5.3m

式中，УH—岩石容重与巷道埋深乘积，取У.7g/cm3，H=350m，УH=9.45Mpa；Rc—岩石单轴抗压强度，取围岩的平均值15Mpa；a—巷道半径，取2.5m。因此，裂隙发育范围为2.8m。

4.4.5 注浆孔布置。在两帮、两底角和底板布置注浆孔。巷道两帮和两底角是围岩塑性区首先发展的部位，控制好两帮和两底角有利于巷道的整体稳定。为减少注浆工作量和节省注浆材料，仅在两帮、两底角和底板进行注浆。考虑到岩体浆液渗透距离，便于注浆孔施工和进行注浆工作，设计的注浆孔布置：底板三个注浆孔，两帮各一个注浆孔，两底角各一个注浆孔。注浆孔排距2.1m，即每三排基本锚杆布置一排注浆孔，注浆孔长度均为3.0m，注浆布置在两排基本锚杆的中间。

4.4.6 注浆孔施工。根据设计的钻孔参数、孔口位置、注浆孔深度和方位等打注浆孔，至设计深度，并将钻孔内积水、岩悄吹洗干净，钻孔完成后，安装注浆锚杆。

4.4.7 注浆锚杆。注浆锚杆采用1/2英寸无缝钢管制作，长度按需要确定，长度=钻孔长度+100mm。锚固段长1.0m，尾部螺纹段长100mm。锚杆外径20mm，注浆段有若干交叉射浆小孔，将锚杆前端砸扁。注浆锚杆搞屈服能力为60.5KN，搞破沁能力为105KN。

4.4.8 封孔。常用的封孔方法有四种：①采用布袋封孔；②采用空心式快硬膨胀水泥药卷封孔；③采用棉线封孔；④采用胶胀式封孔器封孔。

在试验过程中，根据现场的条件和工人的使用情况，从以上四种封孔方法中选择采用空心式快硬膨胀水泥药卷封孔方式，适宜童亭矿的推广使用。

4.4.9 注浆材料的选择与浆液配制。结合在煤矿巷道加固围岩注浆方面常用的注浆材料，考虑童亭矿109轨道大巷的实际情况，为保证技术上的加固效果和注浆材料的成本，初步确定首先采用普通硅酸盐水泥，掺入适量的速凝剂制成水泥浆，在进行技术经济比较的基础上再确定今后推广应用的注浆材料及其配比。

4.4.10 注浆压力的确定。根据注浆经验和研究，锚喷巷道围岩注浆压力以不超过5MPA为宜。童亭矿巷道围岩岩性差，裂隙发育，估计在围岩松动圈内注浆压力较小，但在围岩应力集中区和泥岩中注浆时，将需要较高的压力。综合分析，注浆压力暂按2~5MPA考虑，在试验过程中通过观测进一步确定合理的注浆压力。

4.4.11 注浆泵的选择。注浆泵是注浆工作的关键设备，是决定注浆系统的主要因素，经过对国内主要生产厂家的调研，选择镇江煤矿专用设备厂生产的QZB—50/60型气动注浆泵。该泵为单缸双作用往复浆泵。主要特点是气压传动，体积小，重量轻，排液具有定压自动调量的性能，适合巷道围岩的注浆加固。

4.4.12 注浆系统的选择。考虑①井下施工条件限制，注浆工作受掘进、运输干扰，难以严格控制注浆时间，尤其在工艺技术不熟练的情况下更难控制。②双液注浆在混合前长时不凝固，可以实现一次拌料，多次反复注浆，保证注浆效果。③双液注浆系统既可以进行双液注浆，又可以进行单液注浆。④新型双液注浆泵的应用也为简化注浆系统创造了条件。因此在井下试验中选择双液注浆系统。

4.4.13 注浆量。由于围岩裂隙发育程度及围岩松动程度和岩体结构的差异，单位体积的围岩注浆量差别较大。保证足够的注浆量是浆液充分充填围岩裂隙、孔隙的必要条件。单孔及巷道断面注浆量受多因素控制，只有针对具体条件在试验中确定，一条巷道地质条件相近时，变化范围也较大，只有通过加强注浆监控来保证注浆量。

4.4.14 为了保证注浆效果和防止在围岩习面处浆液扩散较远，造成跑漏浆现象，注浆时除了要控制注浆压力和注浆量，还要注意控制注浆时间。相反，在围岩裂隙、孔隙不太发育的地点，注浆速度较慢，浆液扩散较困难，为了提高注浆效果，必须在提高注浆压力的同时，适当地延长注浆时间。每孔注浆时间一般控制在30MIN左右。

4.4.15 注浆工艺过程。注浆工艺过程为：施工准备→钻孔→安装注浆管→开泵注浆→清洗设备。

4.4.16 注浆的施工组织。注浆作业包括打眼、运料、拦料、封孔、注浆、清洗、移动注浆系统等工序，其中打眼、封孔和注浆为三个主要工序。考虑空间的限制和不影响巷道的运输等因素，将打眼和注浆两个工序分开进行。超前打出数排注浆眼，并超过一班的注浆进程，滞后一段距离注浆。岩巷注浆打眼较复杂，安排专人施工。按两个人一台气腿式凿岩机，一班打20~30个眼计算，每天安排两班打眼，可满足一班的注浆进度。循环注浆，每班可注5~8排眼，约10~16m。

4.4.17 注浆监控及质量检查。井下试验中总结出一套简便易行的综合监测技术：通过试验确定注浆终压后调定；密布注浆孔使两排间及断面内注浆孔渗透范围重叠，掌握不同部位单孔注浆量变化范围的情况下采取排间交替间隔注浆方式尽可能反复多注，保证注浆效果。

综上所述，锚网索喷注浆复合支护方式完全适用于巷道距离远、服务年限长、地质条件复杂，满足围岩具有薄层状、碎裂、松散、膨胀、强风化蚀变和高地应力作用等特征的巷道支护强度。

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