井底巷道注浆加固实施方案

井底巷道注浆加固实施方案

一、项目概况：

长平矿釜山井底巷道布置比较密集，且巷道处于半煤岩体中，由于巷道的周期性来压，使釜山井底巷道已进行过一次巷修工作，现井底车场又出现底鼓现象，影响巷道的正常使用。为了保证服务期内巷道能安全、正常使用，将对该巷道进行综合注浆加固，进行加固技术试验研究，同时为解决今后长平煤矿松软煤层变形巷道加固问题奠定技术基础。

二、预计变形特点：

强烈的矿山压力无疑来自顶板的整体下沉，但根据现场围岩内部结构分析，引起巷道破坏变形的主要原因，是因为顶煤松软以及两帮围岩强度强度低。巷道两帮及顶煤为3＃煤，单轴抗压强度8.2～18.1MPa，承载能力较低；初始支护强度和刚度不足以抵抗多次掘进与回采过程强烈的采掘动压影响。

随着巷道变形量增加，巷道围岩破坏深度会向内部扩展，并由表及里逐步失去承载能力，两帮破碎围岩失去约束后在强烈的矿山压力作用下加速向巷道内部移动。两帮围岩整体外移并失去承载能力的过程，导致实际意义上的巷道顶板无支护宽度增加，造成顶板的整体下沉。大范围顶板下沉形成的强烈矿山压力进一步挤压两帮破碎围岩，最终将引起加剧两帮围岩移近或产生底鼓。

三、注浆加固的作用与注浆材料

1、加固修复总体原则

综合分析该巷道的特点和围岩结构，注浆超前加固施工必须在有效恢复围岩完整性的基础上，提高巷道围岩的整体性和围岩的力学指标。

注浆的目的是充填粘结受采掘影响后，巷道围岩离层、开裂形成的裂隙，将破碎的巷道围岩进行重新组合，尽量恢复并构成完整的岩体结构，进而形成连续的传力结构体，以有利于锚杆锚索加固时力的传递，大幅度提高加固质量和效果。注浆后，破碎围岩基本上恢复连续状态。

2、巷道支护技术

巷道维护是支护结构与围岩结构相互作用的过程，巷道支护分为三个层次：

(1)外力直接作用于巷道围岩的表面，如支架、旋体。

(2)不仅提供施加于巷道表面的力，而且能与巷道围岩内部建立某种相互作用关系，如锚杆、锚索等。

(3)直接作用于巷道围岩结构本身，可以根本改变围岩性状，提高围岩力学性能，如围岩注浆加固。

3、巷道注浆加固特点与作用

（1）巷道围岩注浆控制技术的特点

①注浆对象是巷道浅部的破裂岩体；

②巷道围岩的破坏是渐进发展的；

③围岩处于应力调整后的降低区，径向周边围岩处于低约束状态；

④地下工程特殊的结构效应：巷道围岩由表及里破裂程度相差较大，衰减较快，围岩渗透性能随围岩破坏和变形程度控制。

（2）巷道围岩注浆加固的作用

①提高岩体强度。注浆加固能使岩体强度增加50%～70%以上，岩石静弹模提高22%～375%，动弹模提高4.5%～175%，地震波速提高14%～53%。

②形成承载结构。围岩注浆加固使巷道支架载荷降低2/3～4/5，围岩与支架一起变形时支架载荷可降低3/4～5/6。

③改善赋存环境。浆液固结体封闭裂隙，减小应力集中，防止水气浸入内部岩体，防止水害和风化。

4、破裂煤岩体的注浆固结规律

（1）破裂煤岩注浆固结体延性增大

图1（a）是完整的煤岩试块，受力达到峰值强度后，试块急剧破坏；图1（b）是破裂岩块注浆固结体，在达到峰值强度后即处于延性状态，变形能力显著增加。

（2）强度性能

在低围压下注浆固结可以显著提高破裂岩体的强度，能提高55%以上。且固结体的强度随围压增加快速提高，如图2～3所示。

（3）变形性能

单轴加载时，完整岩块破坏阶段侧向变形迅速发展，ε3/ε1比值增大，如图4曲线1所示。但是破裂岩块注浆固结后，有较强的可塑性，ε3/ε1比值减小，如图4曲线2所示，岩块稳定性增加，这有利于形成适应大变形的承载结构。

5、超细水泥类注浆材料的特点

（1）水泥的组成：

主要由硅酸盐水泥矿物、硫铝酸盐水泥矿物、铝酸盐水泥矿物等与性能调节剂复

合，通过超细粉磨而成。

（2）加工方式：

①干法超细粉磨，在工厂通过超细粉磨设备，将水泥类材料进行超细粉磨，达到注浆工程的要求。该法粉磨成本高。

②湿磨超细水泥，在施工现场，将水泥类材料制成浆液，然后通过湿磨设备将水泥磨细，提高浆材的可注性。该法粉磨效率高，成本低。

（3）性能特点：

①可注性好，能够渗入0.05mm的裂隙；能与化学注浆材料媲美，而一般水泥只能渗透到裂隙大于0.2mm的岩层；

②价格便宜，只有有机高分子注浆材料1/10～1/80;

③耐久性好，抗渗性好，使用寿命长；

④材料无毒副作用，来源广泛。

三、超细水泥基注浆材料

1、超细水泥的渗透性

超细水泥的可注性要比普通水泥优越，浆材的可注性对比如表1所示。超细水泥基注浆材料的渗透性能与化学浆液媲美。

2、超细水泥的粒径分布

普硅水泥（PC）、细水泥和超细水泥（MC）的粒径分布如图5和表2所示，超细水泥95％的粒子小于20μm，90％的粒子粒径小于15，平均粒径小于6μm。

表2 水泥粒子的粒径分布

质量百分数/% 10 50 90 95

普通水泥（PC）<2.52μm<18.25μm<52.96μm<71.27μm

细水泥<0.94μm<12.24μm<29.18μm<39.00μm 超细水泥/MC <2.47μm<6.00μm<14.58μm<20.00μm

3、超细水泥的性能

图8和图9分别为水灰比对MHPGC超细细水泥浆液粘度及析水稳定性的影响。与普通水泥相比，MHPGC浆液的稳定性较好，当水灰比W/C£1.0时，析水率不到5%，可视为稳定性浆液。

四、注浆加固方案

1、注浆材料选择

选择河南理工大学研制的改性超细水泥基注浆材料，性能如上节所述。对于裂隙极不发育的巷道围岩，采用超细水泥和化学浆材复合注浆。

2、注浆参数设计

图10是巷道围岩位移矢量图，图11是两帮下沉与底鼓的关系，随着两帮下沉量的增大底鼓量显著增大，这表明控制帮角，能够有效控制底鼓，这是一种控制底鼓的新方法。图12表明巷道的适度变形有利于提高围岩的渗透性，图13表明巷道围岩裂隙的最大张开度与离掘进头的距离有关，注浆应该选择围岩张开度最大的时期，研究表明提高锚杆的预紧力能显著提高注浆加固的效果。支护设计应遵循这些规律。