底板锚注加固方案

平庄煤业（集团）公司

红庙煤矿二井六区轨道下山底板组合锚注锚索设计方案

邢台宏利矿业技术有限公司

二〇一○年十月五日

1 概况

1.1红庙煤矿二井六区轨道下山地质概况

平庄煤业（集团）公司红庙煤矿六区轨道下山施工于2007年，现在巷道已严重变形不能满足生产和运输的需要。

巷道原支护方式为：

①六区轨道下山+235—+185段为B=3.2m（半圆拱形）锚网索喷，全长180米；

②六区轨道下山+185—+155段为B=3.2m（半圆拱形）锚网索喷，全长108米；

③六区轨道下山+155—+135段为B=3.6m（直墙半圆形）锚网索喷，全长73米；

④六区轨道下山+135—+118段为B=3.6m（直墙半圆形）复合支护，全长60米。

⑤六区轨道下山+118—+80段为B=3.6m（直墙半圆形）锚网索喷，全长139米。

需锚注施工总长度560米。

六区轨道下山位于六煤组底板，倾角16o，岩性主要为细砂岩和泥岩，砂岩普遍为泥质胶结，砂岩和泥岩强度均较低，属于软岩系列，部分泥岩中的粘土矿物成分为蒙脱石、伊利石、高岭石的混合物，遇水膨胀、泥化，地应力明显，巷道底臌严重。为控制巷道底臌，矿方委托邢台宏利矿业技术有限公司采用底板组合大锚索对底板进行锚注加固。

1.2施工范围及巷道断面

1.2.1底板锚注施工范围

六区轨道下山+235—+135段总长361米，+135—+118段总长60米。

+118—+80段总长139米，总计560米。

1.2.2巷道断面

扩整后的巷道净宽平均3.2米。

2加固方案的确定

2.1六区轨道下山围岩破坏及底臌原因

六区轨道下山所处岩层的岩性大多为砂岩及泥岩，层理和节理发育，受岩层纵横交错节理或裂隙的切割，岩层呈小块状结构，极为松软破碎，易脱落，遇水（包括岩层裂隙水、孔隙水以及生产工艺用水、管路跑冒滴漏水等）膨胀并发生泥化，地应力明显。下山开挖后，破坏了原岩的应力平衡状态，周围岩体由三向受力变为二向受力，再加上应力集中或受采动影响，围岩中进一步产生剪切裂缝，在应力的作用下，围岩向巷道空间收敛变形，形成较大范围的围岩松动圈。因泥岩的原始强度较低又受两帮压力的影响，造成底板向上鼓起，传统的整修形式已根本无法控制其变形，不能有效抵抗深部围岩传递的压力，反而会引起巷道进一步严重变形并产生更大范围的围岩松动圈。

2 .2现代“工程软岩”的概念及其合理支护技术现状

现代“工程软岩”的含义并非仅指那些软、弱、松、散等低强度的岩层，而是泛指在工程压力的作用下能产生显著塑性变形的一切工程岩体。有些具有较高强度的岩石，处在较低工程压力的作用下表现为硬岩的变形特征，而在较高工程压力的作用下则表现为软岩的变形特征。工程软岩的类型多种多样，止于目前，国内外尚无任何可“包治百病”的万能支护方法，只能“对症下药”，采用的支护措施，只有满足其变形力学机制的要求，才能取得良好效果。根据六区轨道下山底板岩性特征及其变形力学机制特点综合分析认为：任何形式的被动式支护体系，其支护能力在超强的地应力面前都是十分脆弱和渺小的，根本不可能控制得住此类高应力工程软岩的变形。只有设法恢复和提高围岩的自撑能力和承载能力，使其有效抵御深部围岩的巨大变形压力，才能有效控制此类软岩的变形。而锚注联合加固支护法则正是一种非常适于此机理的支护方法。

2.3 锚注联合加固技术——本次工程加固方案的技术依据

锚注联合加固支护技术是一种将现代注浆加固技术、柔性锚索加固技术与传统锚喷支护技术有机地结合在一起的新型加固支护技术方式。它综合了锚索加固技术和注浆加固技术的所有优点，并在此基础上衍生出了许多新的特点，成为解决高应力工程软岩安全维护的有效手段，其显著优点如下：

①与传统锚喷支护技术中喷砼层的作用原理相比，浆液的注入能够明显改变岩石的物理力学性质；浆液充填到岩石块间的孔隙之中，使破碎岩石块重新胶结成一体，从而提高了岩体的整体强度和稳定性。

②在锚注联合加固支护体系中，由于浆液能够与岩体及锚杆全面接触，将杆体内、杆体与钻孔间隙、周围岩体的缝隙全部充填满，从而形成“网络”效应，如同自然界中树木的主根与须根的共同固结作用一样，使锚杆受力传递的可靠性和连续性得以充分保障。并通过浆液结石体“网络”将力传递到围岩之中，全面调动了围岩的自身承载能力，同时使锚杆、锚索自身的加固性能得以充分发挥。

③注浆后，杆体与地下水、空气间的联系全部中断，彻底阻止了锈蚀反应，从而保证了锚杆的长期锚固能力，保证了支护体系的长期稳定性。

④在锚杆、锚索和浆液的共同作用下，注浆范围内的所有岩石被胶结加固成一个整体圆涵，保护着整个硐室（巷道）的自由空间。

⑤底板十几米深的高强组合锚注锚索与底板钢筋砼将底板流变软岩牢牢封闭起来并施加强大的作用力控制底臌的发生。

3总体方案

经与矿方协商，该工程委托我公司施工200米。首先对底板浅部6米深松动圈进行浅部预注浆，然后对底板深部进行打锚索孔及深部注浆，安装组合锚索，对锚索孔进行底板深部高压水泥注浆，铺网、下底梁、铺第二层网、上大、小托盘涨拉锚索，进行底板浇砼，最后进行底板砼下水泥注浆。依据锚注联合加固支护原理，矿方应及时对顶帮实施锚杆、锚索、注浆加固，与底板组合锚注锚索形成有机的联合支护体。

3.1工程施工方案设计

3.1.1注浆技术参数设计

1)注浆材料选择

注浆材料选用水泥浆材，即水泥—水玻璃双液浆。水泥采用42.5MPa普通硅酸盐水泥。水玻璃采用40Be’，模数2.8～3.2。

2)注浆参数设计

根据矿方提供的有关岩层资料及扩修拉底情况，底板浅部已严重破坏，在钻孔作业时很难成孔，同时通过对其注浆，破碎岩石得以加固，自身强度提高，成孔容易，同时为深部注浆提供岩帽，为深部注浆创造了较好的条件。设计浅孔注浆压力为2 MPa。

由于深部岩层受扰动较小，要获得较好的注浆效果，必须有大的注浆压力。类比相似岩层条件，深孔注浆压力设计为5MPa。

注浆扩散半径R=（γg h a／2s + a）β

式中：γ为水的容重，g为重力加速度，s为浆液剪切强度，

h为注浆压力，a为岩层的间隙等值半径，β为时间系数。

注浆扩散半径R=(1×9.8×5×1.2 /2×2.8+1.2 ) ×0.13 实际施工时通过调整浆液的胶凝速度、渗透性和注浆终压，保证实际有效扩散半径不小于1.5m。

单孔吃浆量Q=AπR2 L n B

式中：A为损耗系数1.2，R为有效扩散半径1.5，L为注浆段长10，n为开口孔隙率0.02(因底板扩修后岩层孔隙率增大)，B为浆液充填系数0.8。

平均单孔吃浆量Q=AπR2 L n B＝1.2×3.14×1.52×10× 0.02×0.8=1.35 m3

因底板扩修后岩层孔隙率增大，每米巷道要加固的岩层所需水泥浆液约为1.62m3,换算成水泥重量为1.1t。每米巷道浅孔注浆量0.6t，深孔注浆量0.5t。

3）注浆材料配比

①水泥浆的水灰比应控制在1～1.2: l。

②水玻璃浓度一般应控制在30 Be’。

③水泥浆与水玻璃之比应控制在1: (0.1～0.15)。

3.1.2浅部预注浆钻孔布置参数

巷道预注浆钻孔为排式布置，排距2.5m，每排二个孔，孔距帮0.7m，钻孔直径为φ80 mm，孔深6m，总计80排，160个注浆孔。

最后的砼体下部注浆孔布置为全段每排一孔，排距3m，共计66个孔；钻孔参数同浅部预注浆钻孔。

3.1.3组合锚索布置参数设计