底板錨注加固方案

1、平莊煤業(yè)（集團）公司紅廟煤礦二井六區(qū)軌道下山底板組合錨注錨索設(shè)計方案邢臺宏利礦業(yè)技術(shù)有限公司二0一。年十月五日1概況1.1 紅廟煤礦二井六區(qū)軌道下山地質(zhì)概況平莊煤業(yè)（集團）公司紅廟煤礦六區(qū)軌道下山施工于2007年，現(xiàn)在巷道已嚴重變形不能滿足生產(chǎn)和運輸?shù)男枰?。巷道原支護方式為：六區(qū)軌道下山+235+185段為B=3.2m（半圓拱形）錨網(wǎng)索噴，全長180米；六區(qū)軌道下山+185+155段為B=3.2m（半圓拱形）錨網(wǎng)索噴，全長108米；六區(qū)軌道下山+155+135段為B=3.6m（直墻半圓形）錨網(wǎng)索噴，全長73米；六區(qū)軌道下山+135+118段為B=3.6m（直墻半圓形）復(fù)合支護，全長60米。六區(qū)

2、軌道下山+118+80段為B=3.6m（直墻半圓形）錨網(wǎng)索噴，全長139米。需錨注施工總長度560米。六區(qū)軌道下山位于六煤組底板，傾角16,巖性主要為細砂巖和泥巖，砂巖普遍為泥質(zhì)膠結(jié)，砂巖和泥巖強度均較低，屬于軟巖系列，部分泥巖中的粘土礦物成分為蒙脫石、伊利石、高嶺石的混合物，遇水膨脹、泥化，地應(yīng)力明顯，巷道底嚴重。為控制巷道底礦方委托邢臺宏利礦業(yè)技術(shù)有限公司采用底板組合大錨索對底板進行錨注加固。1.2施工范圍及巷道斷面1.2.1底板錨注施工范圍六區(qū)軌道下山+235+135段總長361米，+135+118段總長60米。+118+80段總長139米，總計560米。1.2.2巷道斷面擴整后的巷道凈

3、寬平均3.2米。2 加固方案的確定2.1六區(qū)軌道下山圍巖破壞及底原因六區(qū)軌道下山所處巖層的巖性大多為砂巖及泥巖，層理和節(jié)理發(fā)育，受巖層縱橫交錯節(jié)理或裂隙的切割，巖層呈小塊狀結(jié)構(gòu)，極為松軟破碎，易脫落，遇水（包括巖層裂隙水、孔隙水以及生產(chǎn)工藝用水、管路跑冒滴漏水等）膨脹并發(fā)生泥化，地應(yīng)力明顯。下山開挖后，破壞了原巖的應(yīng)力平衡狀態(tài)，周圍巖體由三向受力變?yōu)槎蚴芰?，再加上?yīng)力集中或受采動影響，圍巖中進一步產(chǎn)生剪切裂縫，在應(yīng)力的作用下，圍巖向巷道空間收斂變形，形成較大范圍的圍巖松動圈。因泥巖的原始強度較低又受兩幫壓力的影響，造成底板向上鼓起，傳統(tǒng)的整修形式已根本無法控制其變形，不能有效抵抗深部圍巖傳遞

4、的壓力，反而會引起巷道進一步嚴重變形并產(chǎn)生更大范圍的圍巖松動圈。2.2現(xiàn)代工程軟巖”的概念及其合理支護技術(shù)現(xiàn)狀現(xiàn)代工程軟巖”的含義并非僅指那些軟、弱、松、散等低強度的巖層，而是泛指在工程壓力的作用下能產(chǎn)生顯著塑性變形的一切工程巖體。有些具有較高強度的巖石，處在較低工程壓力的作用下表現(xiàn)為硬巖的變形特征，而在較高工程壓力的作用下則表現(xiàn)為軟巖的變形特征。工程軟巖的類型多種多樣，止于目前，國內(nèi)外尚無任何可包治百病”的萬能支護方法，只能對癥下藥”，采用的支護措施，只有滿足其變形力學(xué)機制的要求，才能取得良好效果。根據(jù)六區(qū)軌道下山底板巖性特征及其變形力學(xué)機制特點綜合分析認為：任何形式的被動式支護體系，其支護

5、能力在超強的地應(yīng)力面前都是十分脆弱和渺小的，根本不可能控制得住此類高應(yīng)力工程軟巖的變形。只有設(shè)法恢復(fù)和提高圍巖的自撐能力和承載能力，使其有效抵御深部圍巖的巨大變形壓力，才能有效控制此類軟巖的變形。而錨注聯(lián)合加固支護法則正是一種非常適于此機理的支護方法。2.3錨注聯(lián)合加固技術(shù)一一本次工程加固方案的技術(shù)依據(jù)錨注聯(lián)合加固支護技術(shù)是一種將現(xiàn)代注漿加固技術(shù)、 柔性錨索加固技術(shù)與傳統(tǒng)錨噴支護技術(shù)有機地結(jié)合在一起的新型加固支護技術(shù)方式。它綜合了錨索加固技術(shù)和注漿加固技術(shù)的所有優(yōu)點，并在此基礎(chǔ)上衍生出了許多新的特點，成為解決高應(yīng)力工程軟巖安全維護的有效手段，具顯著優(yōu)點如下：與傳統(tǒng)錨噴支護技術(shù)中噴碎層的作用原理

6、相比， 漿液的注入能夠明顯改變巖石的物理力學(xué)性質(zhì)；漿液充填到巖石塊間的孔隙之中，使破碎巖石塊重新膠結(jié)成一體，從而提高了巖體的整體強度和穩(wěn)定性。在錨注聯(lián)合加固支護體系中，由于漿液能夠與巖體及錨桿全面接觸，將桿體內(nèi)、桿體與鉆孔間隙、周圍巖體的縫隙全部充填滿，從而形成“網(wǎng)絡(luò)”效應(yīng)，如同自然界中樹木的主根與須根的共同固結(jié)作用一樣，使錨桿受力傳遞的可靠性和連續(xù)性得以充分保障。并通過漿液結(jié)石體“網(wǎng)絡(luò)”將力傳遞到圍巖之中，全面調(diào)動了圍巖的自身承載能力，同時使錨桿、錨索自身的加固性能得以充分發(fā)揮。注漿后，桿體與地下水、空氣間的聯(lián)系全部中斷，徹底阻止了銹蝕反應(yīng)，從而保證了錨桿的長期錨固能力，保證了支護體系的長期

7、穩(wěn)定性。在錨桿、 錨索和漿液的共同作用下，注漿范圍內(nèi)的所有巖石被膠結(jié)加固成一個整體圓涵，保護著整個碉室（巷道）的自由空間。底板十幾米深的高強組合錨注錨索與底板鋼筋碎將底板流變軟巖牢牢封閉起來并施加強大的作用力控制底的發(fā)生。3 總體方案經(jīng)與礦方協(xié)商，該工程委托我公司施工200米。首先對底板淺部6米深松動圈進行淺部預(yù)注漿，然后對底板深部進行打錨索孔及深部注漿，安裝組合錨索，對錨索孔進行底板深部高壓水泥注漿，鋪網(wǎng)、下底梁、鋪第二層網(wǎng)、上大、小托盤漲拉錨索，進行底板澆碎，最后進行底板碎下水泥注漿。依據(jù)錨注聯(lián)合加固支護原理，礦方應(yīng)及時對頂幫實施錨桿、錨索、注漿加固，與底板組合錨注錨索形成有機的聯(lián)合支護體

8、。工程施工方案設(shè)計注漿技術(shù)參數(shù)設(shè)計1）注漿材料選擇注漿材料選用水泥漿材，即水泥一水玻璃雙液漿。水泥采用42.5MPa普通硅酸鹽水泥。水玻璃米用40Be,模數(shù)2.83.2。2）注漿參數(shù)設(shè)計根據(jù)礦方提供的有關(guān)巖層資料及擴修拉底情況，底板淺部已嚴重破壞，在鉆孔作業(yè)時很難成孔，同時通過對其注漿，破碎巖石得以加固，自身強度提高,成孔容易，同時為深部注漿提供巖帽，為深部注漿創(chuàng)造了較好的條件。設(shè)計淺孔注漿壓力為2MPa。由于深部巖層受擾動較小， 要獲得較好的注漿效果， 必須有大的注漿壓力,類比相似巖層條件，深孔注漿壓力設(shè)計為5MPa。注漿擴散半徑R=(Ygha2s+a)B式中：丫為水的容重，g為重力加速度，

9、s為漿液剪切強度，h為注漿壓力，a為巖層的間隙等值半徑,B為時間系數(shù)。注漿擴散半徑R=(1X9.8X5X1.2Z2X2.8+1.2)X0.13實際施工時通過調(diào)整漿液的膠凝速度、滲透性和注漿終壓，保證實際有效擴散半徑不小于1.5m。單孔吃漿量Q=ArR2LnB式中：A為損耗系數(shù)1.2,R為有效擴散半徑1.5,L為注漿段長10,n為開口孔隙率0.02(因底板擴修后巖層孔隙率增大)，B為漿液充填系數(shù)0.8。平均單孔吃漿量Q=AtR2LnB=1.2a141.52X10X0.020.8=1.35m3因底板擴修后巖層孔隙率增大，每米巷道要加固的巖層所需水泥漿液約為1.62m3,換算成水泥重量為1.1t。每

10、米巷道淺孔注漿量0.6t,深孔注漿量0.5t。3)注漿材料配比水泥漿的水灰比應(yīng)控制在11.2:l。水玻璃濃度一般應(yīng)控制在30Be。水泥漿與水玻璃之比應(yīng)控制在1:(0.10.15)。淺部預(yù)注漿鉆孔布置參數(shù)巷道預(yù)注漿鉆孔為排式布置，排距2.5m,每排二個孔，孔距幫0.7m,鉆孔直徑為小80mm,孔深6m,總計80排，160個注漿孔。最后的碎體下部注漿孔布置為全段每排一孔，排距3m,共計66個孔；鉆孔參數(shù)同淺部預(yù)注漿鉆孔。組合錨索布置參數(shù)設(shè)計根據(jù)支護體要抵抗底板地應(yīng)力大小的要求，選取三根錨索組合。按礦方提供的巷道素描圖及多次拉底使底板嚴重擾動 （根據(jù)經(jīng)驗， 底板破壞深度達6m以上），錨索端頭錨固段不

11、小于4m,則確定底板組合錨索長度為12.5m。1）組合錨索布置根據(jù)工程類比法， 參照巷道規(guī)格、 底板巖性， 確定鉆孔參數(shù)。 采用五花布置， 排距2.5m,每排二個孔，每兩排中間一個孔，中間孔位于巷道中心線上，垂直底板，兩側(cè)孔距幫0.6m,外擺15。錨索鉆孔孔徑為480mm；中間孔與每排錯距1.2m。深部注漿孔布置與此相同。200米巷道共計80排，240組。由于巖粉淤積，實際鉆孔深度為12.513m。錨索布置平面圖及剖面圖見圖1、圖2c2）組合錨索結(jié)構(gòu)設(shè)計采用水泥端頭固結(jié)式組合大錨索，每根大錨索由3根小17.8mm鋼絞線構(gòu)成，頭部配有導(dǎo)向帽和多極鼠籠，上部有組合托盤和三孔鎖具。錨索結(jié)構(gòu)示意見圖3

12、底板錨索規(guī)格：錨索選用3根直徑為17.8mm的鋼絞線作為一束大錨索，頭部3000mm段編制成申珠狀，以利固結(jié)增強錨索拉力。錨索單根強度級別為1860MPa,破壞負荷350.0KN,則3根錨索其破壞荷載為1050.0KN。單根錨索錨固力不小于120KN。圖2錨索布置剖面圖4巷道表面收斂變形觀測測站布置設(shè)計共布置3個測站，每個測站設(shè)3個觀測面，每個測面設(shè)3個測點，采用十字布點法。第一個測站距第一排孔50米，第2、3測站距第1測站各50米、100米。測站布置要求測站布置工作，應(yīng)由有經(jīng)驗的工人和技術(shù)人員共同進行，測點按要求布置，每個測點都要標記清晰，編號詳細、準確。觀測工具， 采用鋼卷尺， 兩幫測點距

13、底板高1.01.5m,底板測點位于巷道中心線上，各點布設(shè)在同一平面上。觀測組織及現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集觀測人員不少于3人，2人測讀1人記錄。每個測站的測點布置完畢后，均應(yīng)立即采集初讀數(shù)。填寫觀測表格要字跡工整內(nèi)容齊全，觀測人姓名、觀測日期及具體時間必須真實、準確。數(shù)據(jù)分析處理工作由技術(shù)人員進行，采用統(tǒng)計分析法處理觀測數(shù)據(jù)，分別計算出最大值、最小值、平均值，以便找出變形規(guī)律。同時，將觀測數(shù)據(jù)描繪成曲線圖，以利分析變化規(guī)律。觀測時間共需兩個月，第一個月每周觀測一次，第二個月每兩周觀測一次。5 錨注聯(lián)合加固施工工藝設(shè)計前期準備工作首先按設(shè)計要求將施工機具以及施工中必備的道木、大木板等材料和工具運至施工現(xiàn)場。將

14、壓風(fēng)（壓力不低于0.8MPa,風(fēng)量不低于20m3/min）、水（壓力不低于0.4MPa,有效流量不低于2m3/h）接至施工作業(yè)現(xiàn)場，每30m安裝一個風(fēng)、水接頭。淺部注漿施工1）施工機具鉆孔采用風(fēng)動底板錨索鉆機打眼，配用直徑小80mm鉆頭；注漿采用ZBQ-15/5型氣動高壓雙液注漿泵，與注漿設(shè)備配套的有風(fēng)動制漿機、儲漿池、吸漿池、過濾裝置以及19mm高壓進風(fēng)管路20m,出漿管規(guī)格為19mm,長度10m、5m、2m各若干根，總計40m長。從水管上接出10mm供水管，并接好閥門。2）打孔施工按預(yù)注漿鉆孔參數(shù)設(shè)計，施工淺部注漿鉆孔，孔深為6m,孔徑為小80mm,要求鉆孔垂直度和圓度要好，成孔完整，然后

15、下4分x3m注漿管一根。3）淺部注漿施工注漿系統(tǒng)水泥注漿系統(tǒng)采用雙液注漿系統(tǒng)，主要設(shè)備有注漿泵、攪漿機、儲漿池、吸漿桶等。水泥注漿主要工序一一一一一一，、1.一制輸漿：米用機械制漿，水玻璃濃度由40Be稀釋成30Be,水玻璃用量一般為水泥漿用量的1015%。注漿泵排漿端采用（|）19mm高壓膠管輸送。壓注：采用雙液注漿。根據(jù)壓注設(shè)備的初始排量，壓注過程中要時刻注意觀察注漿孔周圍的底板及兩幫情況，發(fā)現(xiàn)跑漿應(yīng)及時處理。同時密切注意注漿泵的工作狀況，發(fā)現(xiàn)異常立即處理，各孔漿液的濃度控制原則均為先稀后濃。系統(tǒng)清洗：每次注漿完畢后應(yīng)立即將兩路吸漿管放入清水桶內(nèi)改吸清水，對泵腔和管路進行清洗，清洗時間一般

16、不少于10分鐘。注漿系統(tǒng)保養(yǎng)：制漿機、注漿泵等主要設(shè)備應(yīng)每班維修并加油，每壓注水泥15噸進行一次大修，更換柱塞、膠圈、鋼球、閥座等零部件。注漿壓力注漿壓力是漿液在圍巖中擴散的動力，它直接影響注漿質(zhì)量與效果。同時又受地層條件、注漿方式及注漿材料等因素的影響和制約。底板大錨索施工1）錨索鉆孔施工選好孔位固定好鉆機，按設(shè)計要求，用480mm鉆頭打到設(shè)計孔深；在成孔困難時，需對鉆孔進行多次注漿，繼續(xù)打孔到設(shè)計深度。2）錨索安裝按以下工序進行：將三根錨索解開順直，把樹脂藥卷攪拌均勻后和錨索頂端一起放進導(dǎo)向帽內(nèi)，然后在端頭每隔1米用1個支架和兩個卡箍編制成鼠籠狀。將編制的錨索組推送入孔直至孔底，然后灌入4

17、2.5普通硅酸鹽水泥配制的水泥漿（漿液水灰比0.6:1左右）30升。用水泥編織袋堵塞錨索孔口，以防掉入雜物。取出塞孔水泥編織袋，下2根連接的4分X3m長注漿管，用棉絲或水泥袋纏繞在錨索上，用鉆桿將其推至距孔口2.0m處，將深部注漿管引到孔外，用水泥水玻璃雙液漿進行封孔。通過預(yù)埋的深部注漿管對錨索孔的310m深處進行注漿（注漿工藝見淺部注漿），注漿壓力45MPa。注漿7天后，拉底至底板標高，首先鋪設(shè)第一層鋼筋網(wǎng)，然后下底梁，再鋪第二層鋼筋網(wǎng)，上大、小托盤、索具張拉至單根120KN。底板澆碎現(xiàn)場澆注混凝土，混凝土標號為C30;材料配比按礦設(shè)計進行，混凝土厚度不低于30cm。要求振搗密實。碎體下部注

18、漿間隔3m布置一個注漿孔，注漿壓力不大于3MPa。6 工序安排邢臺宏利礦業(yè)技術(shù)有限公司應(yīng)預(yù)先將鉆機、材料等準備完畢并運抵紅廟礦。礦方負責(zé)將注漿設(shè)備、鉆機、材料等安全運抵施工現(xiàn)場碼放好。7、底板錨索施工及注漿安全技術(shù)措施為保證注漿加固施工質(zhì)量和施工安全特制定本措施。任何參與注漿和打鉆施工人員必須熟知本措施并保證在實際工作中嚴格遵守。1）、打鉆、注漿人員在施工期間必須佩戴防護眼鏡、橡膠手套等防護用品。作業(yè)場所必須備有一定量的清潔用水。2）、在封孔時，不能正面面對，必須在注漿管內(nèi)脈沖壓力釋放后再開啟注漿閥門。4）、與打鉆、注漿無關(guān)人員及注漿前方觀察人員，必須在注漿加固區(qū)域5米以外，遠距離觀察，并佩戴好相應(yīng)防護用品，隨時與司泵人員取得聯(lián)系。5）、司泵人員密切注意泵的壓力和吸漿量的變化，并隨時與前方觀察人員聯(lián)系。6）、配漿人員應(yīng)保持漿液不吸空，隨時觀察泵的吸漿情況，保持漿液的配比適中。7）、注漿完畢后，應(yīng)立即用清水清洗管路，清洗完畢后應(yīng)將泵、管路等歸整碼放整齊。8）、進行打眼、埋管、封孔、連管等作業(yè)時