巷道修護(hù)中錨注加固技術(shù)的應(yīng)用分析
2015-07-13 
    近年來(lái)國(guó)內(nèi)煤礦試驗(yàn)應(yīng)用了一種注漿錨桿技術(shù)。它是利用錨桿兼作注漿管,實(shí)現(xiàn)錨注一體化。注漿可改善更深層圍巖的松散結(jié)構(gòu),提高巖體強(qiáng)度,并為錨桿提供可靠的著力基礎(chǔ),使錨桿與圍巖形成整體,從而形成多層有效組合拱,即噴網(wǎng)組合拱、錨桿壓縮區(qū)組合拱、漿液擴(kuò)散加固拱,提高了支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體性和承載能力,特別在巷道的修復(fù)加固中得到了廣泛的應(yīng)用。

   一、錨注作用機(jī)理

   錨注支護(hù)是采用錨桿與注漿相結(jié)合的雙重作用,以達(dá)到加固圍巖、提高和改善圍巖力學(xué)性能、控制圍巖變形的效果,它擴(kuò)大了注漿和錨桿的使用范圍,其支護(hù)機(jī)理包括以下幾個(gè)方面:

  ?。?)采用注漿錨桿注漿,可以利用漿液封堵圍巖的裂隙、隔絕空氣,防止圍巖風(fēng)化,且能防止圍巖被水浸濕而降低圍巖的本身強(qiáng)度。

  ?。?)注漿錨桿注漿后將松散破碎的圍巖膠結(jié)成整體,提高了巖體的內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角及彈性模量,從而提高了巖體強(qiáng)度,可以實(shí)現(xiàn)利用圍巖本身作為支護(hù)結(jié)構(gòu)的一部分。

  ?。?)注漿錨桿注漿后使得噴層壁后充填密實(shí),這樣保證荷載能均勻地作用在噴層和支架上,避免出現(xiàn)應(yīng)力集中點(diǎn)而首先破壞。

  ?。?)利用注漿錨桿充填圍巖裂隙,配合常規(guī)的錨噴支護(hù),可以形成一個(gè)多層有效組合拱,即噴網(wǎng)組合拱、錨桿壓縮區(qū)組合拱及漿液擴(kuò)散加固拱,形成的多層組合拱結(jié)構(gòu)擴(kuò)大了支護(hù)結(jié)構(gòu)的有效承載范圍,提高了支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體性和承載能力。

  ?。?)注漿后使得在拱頂上的壓力能有效傳遞到兩墻,通過(guò)對(duì)墻的加固,又能把荷載傳遞到底板。由于組合拱厚度的加大,這樣不僅減小作用在底板上的荷載集中度,而且減小底板巖石中的應(yīng)力,減弱底板的塑性變形,從而減輕巷道底臌。

  ?。?)注漿錨桿本身為全長(zhǎng)錨固錨桿,通過(guò)注漿也使端錨的普通錨桿變成全長(zhǎng)錨固錨桿,從而將多層組合拱聯(lián)合成一個(gè)整體,共同承載,提高了支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體性。

  ?。?)注漿使得支護(hù)結(jié)構(gòu)面尺寸加大,圍巖作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的荷載所產(chǎn)生的彎矩減少,從而降低了支護(hù)結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的拉應(yīng)力和壓應(yīng)力,因此能承受更大的荷載,提高了支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載能力,擴(kuò)大了支護(hù)結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性。

   (8)注漿后的圍巖整體性好,與原巖形成一個(gè)整體,從而在大構(gòu)造應(yīng)力作用下保持穩(wěn)定而不易產(chǎn)生破壞。

  ?。?)通過(guò)莫爾強(qiáng)度理論可知,通過(guò)對(duì)圍巖注漿加固,不僅改善圍巖巖性和應(yīng)力分布,而且大大縮小圍巖變形,減輕支架承受的外載壓力,改善支架的受力情況。

   二、錨注支護(hù)在修復(fù)加固巷道的應(yīng)用

   進(jìn)行錨注支護(hù)的一般過(guò)程為:巷道刷擴(kuò)挑頂一普通錨網(wǎng)噴支護(hù)一錨注支護(hù),從支護(hù)時(shí)間上來(lái)看,普通錨網(wǎng)噴支護(hù)一般在巷道刷擴(kuò)后較短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行(一般4~10h),而錨注支護(hù)則要滯后10~20天甚至更長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行,因?yàn)檫^(guò)早地注漿,此時(shí)圍巖正處于變形破裂的發(fā)展階段,此時(shí)注漿,一是可能較難注入,二是漿液尚未凝固起支承作用之前,即被較大的圍巖應(yīng)力所破壞,因此將刷擴(kuò)維修工作面向前推進(jìn)一段后,然后在后面注漿。理論和實(shí)踐證明,在圍巖局部進(jìn)入巖體的殘余強(qiáng)度時(shí),在該處注漿可以起到較好的作用,但也不應(yīng)過(guò)遲注漿,過(guò)遲注漿時(shí),此時(shí)的殘余應(yīng)力已很小,可能造成支護(hù)變形量過(guò)大,使支護(hù)提供的支護(hù)抗力相應(yīng)也小,支護(hù)體不能發(fā)揮應(yīng)有的作用。

   1 合理設(shè)計(jì)注漿參數(shù)

  ?。?)注漿壓力受?chē)鷰r特性、注漿能力、注漿方式等因素的影響。若注漿壓力過(guò)小,漿液難以向圍巖中擴(kuò)散,達(dá)不到預(yù)期的注漿效果;若壓力過(guò)大,則會(huì)導(dǎo)致淺部注漿過(guò)程中巷道表面出現(xiàn)冒頂、片幫或開(kāi)裂。在淺部注漿時(shí),由于巷道表面和圍巖發(fā)育,巖塊破碎,采用的注漿壓力不宜過(guò)大,初步確定為1~2MPa;深部注漿時(shí),注漿壓力確定為2~4MPa。

  ?。?)注漿量。漿液的注入量受到注漿壓力、注漿時(shí)間、圍巖裂隙的發(fā)育程度及破碎狀況、滲透性等因素的影響。為保證巷道圍巖裂隙被充填密實(shí),注入的漿液盡量保證裂隙被充填滿,施工中注漿量以達(dá)到注漿壓力時(shí)為止。

  ?。?)注漿孔的布置??紤]圍巖淺部裂隙較為發(fā)育,為防止?jié){液向外流失,應(yīng)有一定封孔深度,即注漿孔不能過(guò)淺;同時(shí)為了克服鉆進(jìn)時(shí)出現(xiàn)卡鉆現(xiàn)象,實(shí)踐表明初次注漿孔深度在1.0~1.2米為宜。二次耦合深孔注漿時(shí),要根據(jù)圍巖松動(dòng)圈確定錨桿的長(zhǎng)度,二次耦合注漿錨桿長(zhǎng)一般在2.0米以上。

  ?。?)注漿孔的間排距。注漿孔的間排距主要由漿液的擴(kuò)散半徑確定。為達(dá)到注漿效果,兩孔的孔距應(yīng)保證注漿后漿液滲透范圍由一定的交叉,所以應(yīng)小于2倍的擴(kuò)散半徑。

   2 注漿材料的選擇

   注漿材料由無(wú)機(jī)和有機(jī)兩個(gè)系列,由于有機(jī)材料價(jià)格昂貴,一般不予采用,而無(wú)機(jī)材料價(jià)格較低,被廣泛應(yīng)用。無(wú)機(jī)材料以水泥(主料)+水玻璃(速凝劑)為主。為了減少漿液流失,提高凝固速度,淺部初次注漿一般采用水泥+水玻璃雙液漿。而深部二次耦合注漿一般采用水泥單液漿,確保更高的支護(hù)強(qiáng)度。

   3 施工工藝。巷道圍巖注漿加固質(zhì)量的好壞,在很大程度上取決于注漿施工工藝。圍巖淺部注漿時(shí)采用雙液注漿;圍巖深部注漿時(shí),由于淺部圍巖被漿液充填密實(shí),封閉了很大圍巖,提高了圍巖強(qiáng)度和改善了圍巖鑿巖條件,漏漿問(wèn)題得到很好的解決。因此,采用工藝簡(jiǎn)單、便于操作的單液水泥漿。兩步耦合注漿加固施工工藝如下:封閉巷道表面裂隙——鉆孔——封孔——注漿——管道與設(shè)備的清洗。

   4經(jīng)濟(jì)效果分析及支護(hù)效果評(píng)價(jià)

  ?。?)失修巷道采用錨注支護(hù)補(bǔ)強(qiáng)技術(shù),從支護(hù)的強(qiáng)度、剛度、安全可靠性、占有空間,是套架棚加強(qiáng)支護(hù)所不能相比的,它不受巷道斷面的限制,便于錨索的布置和施工。

  ?。?)錨注補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)能獲得較高的支護(hù)強(qiáng)度和圍巖加固作用,能主動(dòng)支護(hù)頂板;當(dāng)頂板破碎裂隙發(fā)育時(shí),其漿液能充填裂隙起到固結(jié)頂板作用,集懸吊、擠壓加固、固結(jié)頂板于一體。尤其能解決破碎松軟頂板,大斷面及大跨度硐室、交岔點(diǎn)巷道支護(hù)難題。

   (3)錨注施工設(shè)備輕便、工藝簡(jiǎn)單、便于掌握。

   失修巷道經(jīng)錨注支護(hù)后,經(jīng)觀測(cè)頂板穩(wěn)定,支護(hù)狀況得到較大改善,保證了巷道的安全與穩(wěn)定。

   結(jié)論

   采用錨注支護(hù)加固失修巷道經(jīng)理論和實(shí)踐證明是可行的,適合破碎松軟頂板、大斷面巷道及交岔點(diǎn)、大跨度硐室的有效加固,為復(fù)雜困難條件下巷道加固,維修提供了新的有效途徑。錨注支護(hù)不僅支護(hù)強(qiáng)度高,承載力大,而且注漿本身對(duì)已出現(xiàn)松動(dòng)的圍巖具有明顯的膠結(jié)加固作用,補(bǔ)強(qiáng)加固效果突出。采用補(bǔ)錨網(wǎng)噴、注漿、補(bǔ)打錨索加固,施工方法簡(jiǎn)單,快速,與套架棚加強(qiáng)支護(hù)相比,降低了支護(hù)成本,減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,提高了安全可靠程度。
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