工业试验实施方案细纲.doc

工业试验实施方案细纲 按照一般规律，工业试验应在实验室实验和足够的理论研究结果出来之后进行。但是，鉴于目前李雅庄矿软岩大巷居高不下的支护成本和由于反复翻修而占据大量人力、财力，严重制约着李雅庄矿的经济效益和劳动生产率，迫切需要对上前的支护现状进行改革，现依据已有的理论研究成果和国内外类似条件下的支护经验，拟定出355运输大巷支护的工业试验初步方案，在实施过程中，根据根据发现的问题和支护质量监测结果，再进行进一步的修改和完善，即采用施工监测与反馈的设计方法，使支护方案逐步完善。 1、355运输大巷概况 2、掘进工艺 355运输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 通过对李雅庄矿355运输大巷的初步调查与分析，认为该巷道围岩具有薄层状、碎裂、松散、膨胀、强风化蚀变和高地应力作用等特征，属于典型的软岩巷道。以此为依据，设计该巷道的总体支护方案为 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400mm。 ②巷道开挖达到设计断面要求后，立即向围岩表面薄喷一层（厚约34mm）净水泥浆，以封闭围岩表面，提高围岩表面的粘结力。 ③进行全断面锚-梁-网基本支护。 ④加打顶板快速承载小直径锚索。 ⑤对巷道围岩进行初次喷射混凝土，喷厚4060mm（预留锚索孔和注浆孔位置）。以上①⑤工序必须连续进行。 ⑥滞后迎头40m左右（或掘后30d左右）对巷道围岩进行注浆加固。 ⑦滞后注浆2030m（或注浆后2025d），对巷道全断面进行第二次喷射混凝土，顶、帮喷至设计厚度200mm，底板视前期底臌变形量大小喷至原设计高度（喷厚前期底臌量）。Page_Split 4 施工技术与工艺 41薄喷净水泥浆 巷道断面形成后，立即向围岩表面薄喷一层净水泥浆，喷射厚度34mm。净水泥浆水灰比0.441，速凝剂掺加量为水泥重量的3，TYB型有机硅防水剂掺量为水泥重量的1.2。 42锚-梁-网基本支护 ①基本支护的作业顺序先拱顶，后两帮，最后底板。 ②锚杆参数采用霍州矿务局生产的螺弹劾钢锚杆。锚杆材料的力学牲风表1所示。锚杆直径Φ22mm，锚杆长度L25003000mm；两帮和底板锚杆间距800mm，拱部锚杆间距785mm，锚杆排距700mm，巷道周边共22根基本锚杆，其中底板7根，两帮各3根，顶拱部9根。 ③锚杆钻孔机具与钻孔直第七选择采用风动锚杆钻机打顶板锚杆孔，强力煤电钻（1.5KW）打帮锚杆孔和底锚杆孔。根据国内外试验研究结果，当使用无纵筋左旋螺纹钢锚杆时，钻孔直第七与锚杆直第七之差应在410mm之间；当使用带纵筋月牙肋建筑螺纹钢锚杆时，钻孔直第七与锚杆直第七之差应在612mm之间。为了获得较大的锚固力和较好的支护效果，上述数值一般应取中间偏下值。我国煤矿上前主要应用的钻孔直径有Φ28mm、Φ33mm和Φ43mm等几种。因此，顶板采用Φ27mm钻头和Φ19mm六方钻杆，两帮和底采用Φ27mm钻头和飞龙钻杆打帮孔和底孔。锚杆孔深为2.53.0m（视钻孔机具的性能而定，尽量钻到3.0m深）。 ④锚固形式锚固形式有全长锚固和端头锚固两种。全锚与端锚相比有如下优点第一，在巷道围岩较破碎的情况下，全锚后围岩的整体性得到加强，提高。第二，全长锚固时，“销钉作用”使锚杆沿钻孔的全部长度范围内的围岩都受到变形约束，限制了离层现象的发生，保持了巷道围岩的稳定性。第三，全长锚固时钻孔中没有任何空隙，锚固剂和杆体的存在将增加层面间的搞剪能力，减轻层面间相互错动现象的发生，从而提高顶板稳定性。第四，全长锚固有效地提高了锚杆支护系统的刚度，限制围岩变形的发生。因此为了最大限度地发挥锚杆支护的作用，采用全长锚固。 ⑤锚固剂及其长度采用树脂卷锚固剂。树脂卷直第七一般应比钻孔直第七小46mm，由于钻孔直径为28mm，故选择直径为23mm的树脂卷。 经计算顶板锚杆锚固剂长度1.59m 为了保证锚杆尽快获得锚固力，提高掘进速度，需要在钻孔中装入两种速度的树脂锚固剂，孔底为一卷快速药卷，凝胶时间0.51.0分钟，其余为中速药卷，凝胶时间34分钟。在实际施工中，每孔使用CK2333一卷和Z2388二卷。 底板和两帮锚杆锚固剂长度上前我国可以用于底板和两帮锚杆钻孔的主要设备是煤电钻，由于受搅拌力矩的限制，不能实现长锚杆全长锚固。因此，一般采用加长端头锚固方式。根据锚杆杆体极限载荷和树脂卷与围岩的粘结强度确定锚固长度2.26M 在实际施工中，每孔使用CK2333和Z2388各一卷。 ⑥托梁、护网及托板托梁采用φ16圆钢焊制的钢筋梯子梁，两帮的钢筋梯子梁长度为3.5m，拱部和底板的钢筋梯子梁长度为5m，在锚杆位置均焊有100mm长横撑格。护网为10铅丝编制的普通菱形金属网。托板的承载能力应与锚杆的力学性能相适应，使用中间突出的Φ1408mm中孔Φ24mm的圆形钢托板。 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网、钢筋梯子梁装树脂卷安装中间顶析锚杆用锚杆机打其货币流通锚杆孔并安装锚杆打两帮锚杆孔，铺设护网、顶梁，安装锚杆打底板锚杆孔，铺设护网、顶梁，安装锚杆。 43当基本支护完成以后，立即进行顶板快速承载小直径锚索的施工。试验两种锚索布置方案。方案一在巷道拱顶轴线上和距巷道拱顶轴线向两边各1.8m处布设三道锚索，锚索行距1.8m，排滤2.1m，乔三根。方案二在距巷道拱顶轴线向两边各1.1m，锚索行距2.2m，排距2.1m，每排两根，矿压观测结果分析后，决定取舍和进一步修改。 锚索为单根钢绞线的小锚索，锚索规格为Φ15.24mm的7股低松弛钢绞线。用国产风动锚杆钻机打锚索孔，锚索孔直径28mm。托梁为14槽钢，每节长度2.3m。预应力自由锚索在结构上可分为锚固段、自由估和孔口固锁段三部分。钢绞线长10.0m，锚索孔深9.5m，外露0.5m。按锚固剂与围岩（煤）的最小粘结力和锚索的破断载荷估算锚固段长度及用Φ23的树脂卷长度。 在实际施工中，每孔使用1卷K2333卷，其余为Z2388卷。 择 卷搅拌后1小时就可上好槽钢和外锚具张拉预紧，为使锚索产生足够张力，用专用张拉泵张拉锚索，井下常用的张拉泵型号为YBZ20.5-63，其主要性能指标为额定压力63Mpa，额定流量20.5L/min。在实际施工中，预紧力以100KN为宜。 44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4060mm（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，但在原喷浆材料中加入TYB型有机硅防水剂，掺量为水泥用量的1.11.4（或每立方混凝土掺防水剂5Kg）。实验表明，在水泥砂浆中按一定比例掺入防腐水剂，可使搞水压能力达到1.2NPA，而未掺防水剂的搞水压能力为0.6Mpa左右，搞压强度比普通水泥砂浆高72，搞弯强度可提高约94。 有机硅防水剂在硅酸盐类建筑材料中的防水机理为有机硅防水剂的主要万分是甲基硅醇钠，在水和二氧化碳作用下，生成甲基硅醇。反应生成砀硅醇基（3SI-OH）很活泼，一方面能进一步反应，缩合成高分子化合物网状有机硅树脂膜（体型结构具有憎水性）。另一方面由于硅酸盐建筑材料表面含有很多硅醇基，这些硅醇基能与防水剂的硅醇基反应脱水交联，而使其表面键合上径基（憎水基），从而使其结构完全等同于有机硅树脂，降低表面张力，使水的接触角增大（105左右），实现“反毛细管效应”，即建筑材料的表面张力降低到甲基硅醇钠的表面张力水平，这就防止了水以液态形式渗入到工程材料的内部，具有高效防水作用。而空气和水汽可无阻碍地通过防水膜渗透出来，故仍可保持工程材料的透气性能。 有机硅防水剂在非硅酸盐建筑材料中的防水机理因水溶性甲基硅醇纳具有碱性和离子的特征，它可以从非硅酸盐材料石灰石（CACO3）中浸出少量碳酸盐离子，然后再发生取代反应生成化学键，甲基硅醇纳中甲基键合到了石灰石表面，从而使石灰石表面具有憎水性，也同样产生防水效果。 45巷延围岩注浆加固 4.5.1注浆加固的技术原理 从灌压粘土浆开始，注浆技术已有200年历史，注浆用于井下巷道也已有近百年。60年代以后，随着注浆技术的发展，特别是浆液材料的多样化和效能的突飞猛进，注浆技术在地下工程，也包括在煤矿中的应用就更为普遍，它在煤矿井直一般可以用于堵水、灭火、密封瓦斯以及对软岩和构造破碎层进行加固，处理围岩冒落塌坍事故，进行巷道修复等。近20年，由于现代支护理论的进步和注浆加固能力的提高，围岩注浆加固的巷道稳定技术在原苏联、德国等地开始研究和应用。 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。 围岩的性质和巷道开挖后围岩的状态是巷道稳定的重要因素，由开挖所造成的围岩高应力中的相当一部分可由围岩本身承担。一旦岩体被破坏而丧失强度，它不公不能成为巷道的稳定因素，反而会成为支护的载荷。注浆加固就是在巷道开掘后围岩变形尚未稳定时，利用浆液来充填和固结被破坏了的或者是原有的裂隙面，提高岩体强度，充分发挥岩体的承载能力，参与巷道围岩内应破裂后注浆体固结强度可以达16Mpa，这个数量和目前各种支护强度（包括砼碹和U型钢支护）相比要高出510倍。因此，它是一种经济而有效的巷道稳定手段。 巷道开掘以后，由于应力集中和应力状态的改变，造成围岩因压力过大而出现变形和破坏，一方面由于围岩的强度降低产生较大的张开裂隙，同时又导致围岩的变形和破坏进一步恶化并向深处发展，如此反复，直至实现新的平衡，这一过程根据岩石性质不同，可能要持续一、二个月或者更长的时间。对于一些相当软弱的岩石，由于岩石没有其它的强度能力补充，也会出现长时间不能稳定的情况。显然，在巷道稳定的过程中恢复破裂后的岩石强度，为围岩提供足够的平衡能力，就能抑制围岩平衡过程中的进一步变形和破坏。当然，围岩平衡状态不同，岩石的破裂程度不同，注浆加固的条件和要求就不一样，最终的加固效果也不相同。因此，根据围岩变化过程和注浆回固的能力，考虑围岩变化的动态影响，造反合适的加固时机，对于注浆加固的巷道稳定技术来说是一个重要的技术因素。Page_Split 452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浆液能够在围岩中均匀地流动渗透到达一定的范围；②注浆后能够明显地提高围岩的强度和整体承载能力。浆液在岩体中的流动渗透取决于岩体中的裂隙发育和应力分布情况；固结岩体强度的大小取决于浆液的强度和自身的强度。 ①考虑浆液易于渗流。随着掘进工作面向前推进，巷道围岩裂隙发育有个过程。在不同时间注浆浆液渗入围岩的难易程度不同。岩石渗透试验表明，在多数情况下，岩石裂隙发育程度（渗透性）最好的状态，既不在强度峰值，也不在完全破坏后的残余强度阶段，而是在强度峰值后的某个位置上，这个位置是既有利于注浆，又有利于达到加固效果的状态。 靠近掘进工作面裂隙张开度小、间距大、密度小、岩体相对完整。随后裂隙不断发育，张开度可达810mm以上，间距变小，岩体逐渐破坏。当离开掘进头更远时，围岩进一步变形破坏，裂隙密度增加幅度缓慢，或基本不变，但裂隙张开度明显变化，呈闭合的细线型。从裂隙发育的基本规律可以看出，由于掘进迎头附近裂隙未充分发育，故浆液较难渗入围岩，若在迎头附近注浆，对注浆压力、封孔要求等都要提高，并且与掘进工作相互影响，难于实现有效的注浆。注浆滞后掘进工作面一个合理的距离，在适当的范围内围岩裂隙发育最充分，巷道围岩应力释放，趱低就力的平衡状态，浆液易于渗入围岩，对注浆材料性能和工艺的要求相对较低，注浆有利于降低对固结材料的强度和变形性能的要求。滞后时间过长，裂隙趋向闭合，围岩进一步破坏并向深部发展，对注浆不利。 ②考虑注浆固结体强度。注浆时间越早，注浆加固体及时起作用，围岩破坏变形小，围岩强度损失相对较少，维持岩石的强度水平越高，显然对围岩变形的抑制能力也越高，巷道也越易稳定。但是，由于此时围岩的本身强度相对较高，和围岩强度相匹配的浆液强度也要求相对较高，为满足浆液固结体的承载能力和变形能力都能和较长时间的应力和较大的变形要求相适应，这就要求浆液有更高的强度与变形性能及良好的渗透性能。 如果浆液性能较低，则可适当把注浆时间推迟。由于围岩破裂后承载能力的降低，围岩的内应力也相识降低，固结的岩体可以在这种低应力状态下参与围岩的平衡过程，由于围岩的剩余变形相对较小，所以浆液所需适应固结后的一般情况下，围岩强度隐低越严重，固结岩体的强度也越低，对控制巷道后期变形的“储备”也越小。如果围岩自身强度丧失殆尽，也就难以再靠对其注浆来恢复强度和维持巷道的稳定。因此注浆时间不能滞后太长，以保证围岩本身有足够的强度。 如果围岩比较软习，注浆的加固强度高，则注浆时间相应要早，尽量及早发挥注浆加固效果，比如在松软煤层中注浆加固易及早进行。如果注浆固结体的这形条件好（弹性模量小，或韧性大），因固结体可以在较长时间里工作，适应较大的变形，则也应及早注浆。 综上所述，注浆时间的选择要考虑围岩的考虑裂隙的发育程度、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。 2）注浆加固时机的确定 根据巷道的一般变形规律，掘后23d内完成其最终变形量的515，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。应该说，注浆越及时，其可能的效果越好。但新掘出巷道围岩破坏较小，强度相对较高，要求固结裂隙的浆液固结体及粘结强度相对较高，渗透性能相对要强，同时还应有较大的变形能力以适应围岩在整个服务期内的变形量。 根据巷道围岩变形的时间规律，能够估计出围岩重新稳定的平衡时间，实际注浆时间应该在此之前，即早于围岩实现平衡过程所需的时间。根据这一条件可以获得一些简单的理论结果，或根据实测的巷道变形规律，可以计算出注浆滞后掘进时间。根据这种方法估算出的滞后时间大约在2030d时间范围内。 当变形规律或一些参数不易确定而不能估算时，经验的滞后时间一般确定在围岩裂隙发展赵于稳定或变形速度变慢后，这大约要求在掘进工作面施工后30d前后进行，这个时间里巷道变形量占总变形量的5080。 据有关资料介绍，滞后迎头90120m时裂隙充分发育，以后裂隙有被压实的趋势。理论上讲，滞后迎头90120m注浆浆液易于渗透，但此时注浆由于围岩变形已经充分，并趋于稳定，锚杆的锚固力难以随着注浆而有所增加，对于早期控制围岩变形不利。因此确定注浆工作滞后迎头40m左右。在时间上滞后30d左右。 应当指出，注浆时间的选择还要考虑围岩自然裂隙发育条件。一般在泥岩中注浆显然要比在砂岩中注浆困难的多，特别是一些泥岩或砂质泥岩，即使有要通过实际试验和测试，选择出合理的注浆时间。 453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。 裂隙的发育深度可以通过深孔多点位移计测量确定，或者用超声波岩石参数测定仪测定的松动圈厚度作为注浆深度。 翻修巷道的注浆加固深度常与破碎围岩一致。对于一些围岩破坏严重或长期不稳定不断挖帮、卧底的巷道，其注浆深度应更深一些，通常采用34m的深孔注浆。常有些试验巷道因没有砼喷层封面，也采用加深孔眼，采用深封也的办法来瓶少跑浆损失。在现场和实验室测试之前，暂按经验取值。 裂隙发育深度的经验公式ry0.782.13УH/Rca0.782.139.45/152.55.3m 式中，УH岩石容重与巷道埋深乘积，取У.7g/cm3，H350m，УH9.45Mpa；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。 浆液扩散半径是巷道断面注浆锚杆布置的重要参数。浆液扩散半径受注浆压力、注浆液粘度、粒度等流动性能，裂隙张开度、产状及分布特征，注浆工艺等因素影响十分复杂，有待进一步进行理论研究。围岩的综合渗透系数只有通过实测来确定。根据其它矿区的实测结果，浆液扩散半径一般为0.53.0m，不同眼孔，眼孔周；这不同方向，变化都较大。为此在工艺上采取密布眼，眼排距和单孔扩散范围相近，为1.52.5m，用间隔交替的注浆方式，保证各处围岩至少有一个眼孔能够注上浆。考虑基本锚杆排距为0.7m，每三排基本锚杆间布置一排注浆孔，确定注浆孔排距为2.1m。考虑目前常用的钻杆长度，注浆孔深度一般不超过2.5m。若能在试验中采取措施，使注浆孔深度达到3.0m，将会取得更好的加固效果。在试验过程中根据实际情况进行调整。 454注浆孔布置 在巷道全断面钻孔注浆，将会形成封闭的加固承载圈，取得良好的加固效果。由于注浆加固工作中钻眼的工作要占到全部工作量的三分之一以上，在尽可能的条件下，确定合理加强区域，将会起到事半功倍的效果。 巷道两帮底角围岩是巷道受力最大的部位之一，是通过两帮壁围岩承受巷道顶板载荷的受力基础。巷道两帮边同底角围岩失去横向支撑而向巷内挤入，直接造成巷道断面的减少和底板臌起。巷道底臌量大的原因还包括帮角失稳后两帮围岩的下沉和进一步挤入巷道底板所引丐的增加。因此注浆加固围岩应首先注意巷道底角围岩的加固效果。 由于巷道两帮围岩是支撑顶板部位，如果两帮变形破坏严重，就会引起顶板进一步下沉，从而增加顶部下沉造成的荷载增加和承力范围的增大，给巷道底角造成重大的压力。分析表明，两帮岩石随荷载增加的下沉和巷道底臌大小有线性关系，因此加固两帮壁围岩可以获得双重作用。 已有较多的加固底角和两帮围岩而取得了较好效果的实例，特别是在软岩巷道中的试验。在软岩巷道中采用加固底角和两帮的方法，还避免了在顶板坚硬层中钻注浆眼的困难。因此，考虑加固效果和经济效益，试验中注浆孔布置考虑两种方案。 方案Ⅰ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。 方案Ⅱ为进一步控制巷道拱部围岩的变形，实行全断面封闭注浆，设计的注浆孔布置。在方案Ⅰ的基础上，在拱部增加5个注浆孔。注浆孔的排距与孔深与方案Ⅰ相同。方案Ⅱ比方案Ⅰ消耗的注浆材料和注浆工作量要多一倍以上，但围岩的承载能力和搞变形特性将会有很好的改善。在试验中，如果方案Ⅰ能达到预期的效果，将不采用方案Ⅱ。 另外，可以考虑将方案Ⅰ中的三根锚索与方案Ⅱ中的全断面注浆相结合形成方案Ⅲ，将方案Ⅱ中的两根锚索与方案Ⅰ中的仅在两帮、两底角和底板进行注浆相结合形成方案Ⅳ。通过试验，在方案Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ中选取最佳组合。 455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用M1.5KW强力煤电钻打注浆孔。先用Φ43mm麻花钻打1.0m，再用2.4m长飞龙钻杆接长钻至设计深度，并将钻孔内积水、岩悄吹洗干净，钻孔完成后，安装注浆锚杆。 456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21.24mm，内径15mm，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。 457封孔 常用的封孔方法有四种 ①采用布袋封孔，用风筒制作布袋，布袋直径比钻孔直径大510mm，孔打好后，将布袋套在注浆管的孔口锚固段（长1.0m），将布袋两端扎紧，外端留一小口，用注浆泵注入浆体，撑起风筒布袋，封孔长度1m，等封孔段浆体反应凝固到一定强度后，约30min，即可进行注浆。这种封孔方式适应性强，对注浆孔口要求不高，但不能完全回收，丢失管材，增加成本。对于本项研究，由于注浆管采用外锚内注，也起锚杆作用，按设计也不回收，因此不存在丢失管材的问题。 ②采用空心式快硬膨胀水泥药卷封孔。在注浆管距孔口1m处（焊接挡坏）缠废旧布带或黄麻，把快硬膨胀水泥药卷串在锚杆锚固段。封孔长度1m，空心式快硬膨胀水泥药卷规格为内径23mm、外径38mm、长250mm，捣实后长180mm，每根注浆锚杆（孔）用5个药卷。然后把锚杆边同药卷浸入水桶中510sce钟后，将其送入钻孔中，再用冲压管冲捣药卷，使药卷均匀地把锚杆与钻孔岩壁紧密地锚固为一体，实现封孔。冲压管用1英寸钢管制作，顶端烛有厚度为10mm、外径40mm、内径33.5mm的挡圈，冲压管长度有1M和2M两种。具体封孔方法为A、去掉水泥药卷的逆料套和纸套套，从水泥药卷的尾部把纸筒芯抽掉，把5卷水泥药卷依次串在锚固注浆管上，顶信注浆锚杆挡环。B、手拿锚杆，把药卷浸在水桶的水中510sce钟，将浸过水的药卷边同锚杆直送入注浆锚杆孔内，将锚杆端头顶到眼底。C、用冲压管套上锚杆，顶紧药卷，然后用大锤用力冲击压管10次以上，使整个药卷均匀地与锚杆眼岩石面相接触，抽出冲压管。 这种封孔方法具有施工简便、效果可靠、成本低的特点。密封段同时又是锚固段，一举两得。 ③采用棉线封孔。在注浆锚杆孔口1.0m段内缠绕至适当厚度，然后用重锤将锚杆打入孔内，即可起到封孔作用。 ④采用胶胀式封孔器封孔。胶胀式封孔器封孔属于复用式封孔方法，通过旋转外部手柄上紧螺母，挤压环形高弹力橡胶，橡胶环向膨胀撑住孔壁，达到封孔目的。反向旋转手柄扩松螺母，橡胶恢复弹性变形，实现卸除。该种封孔器孔径比注浆孔径略小，一般为φ3840mm，但由于孔口成形不好。孔壁破碎矸石突出，有些孔眼不能顺利放入，或者孔辟松散，孔径大，封孔效果不好，因此对孔口段条件要求较高，仅适应于部分岩巷和煤巷注浆。优点是可以复用，减少注浆成本。 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摸索出一种适宜李雅庄矿的操作工艺简单、封孔效果好的方法进行推广使用。Page_Split 458注浆材料的选择与浆液配制 在煤矿巷道加固围岩注浆方面常用的注浆材料有以下几种 1）单液水泥类。以水泥或水泥中加入一定量的附加剂为原材料，用水配制成浆液，采用单液系统注入。常用普通硅酸盐水泥（425或525）添加速凝剂浆液，水灰比为0.75111，速凝剂添加量一般为水泥用量的3。这种浆液材料来源广，价格低，结石体强度高，但存在水泥颗粒粗，可注性差，凝结时间长且不易准确控制，浆液易沉淀淅水，结石率低等缺点。 根据注浆材料选用原则和井下巷道围岩特性，徐州矿务局旗山矿曾在-585m岩层皮带机轨道大巷（埋深600m，以砂质泥岩，杂质泥岩为主，采用钢丝绳锚喷支护，拱形断面，净宽4.0m，净高3.2m，净断面11.2m2）选用普通硅酸盐水泥浆，掺入一定量的BRCA增强防水剂。实验浆液及试快均在养护箱中养护，水泥标号425。 这种注浆材料具有下列主要特点 ①浆液凝胶体搞压强度高。水泥BRCA增强防水剂浆材的早期强度比纯水泥浆材提高95以上，终期（28d）搞压强度比纯水泥浆材提高1690。随着BRCA增强防水剂用量的比例增大，早期强度和终期强度也随着增加。 ②随着BRCA增强剂用量比例的增加，浆液结石率明显提高，粘度隐低，流动性好，凝胶时间明显缩短。 ③该浆液比纯水泥浆的可注性和流动性好。 ④该浆液成本低廉，来源广泛。 在徐州矿务局旗山矿-585m岩层皮带面轨道大巷试验中采用“水泥BRCA增强防水剂”浆液的水灰比为11，其中BR增强粉占水泥用量的15，CA专用粉占水泥用量的4。 2）水泥水玻璃双液浆。以水泥和水玻璃为主剂，按一定比例，采用双液方式注入，其结石率较高，可注性比水泥好，胶凝时间短且易控制，但结石体强度较低。 在围岩加固工程中，为了减少跑漏浆，提高壁后充填浆液快凝早强，使充直层尽快提供一定的支护阻力，淮南矿务局谢桥矿曾在东风井回风巷（布置在-440m水平的风化带岩层中）的加固工作中采用水泥-水玻璃双液浆，水泥为新鲜525普通硅酸盐，水泥浆水灰比为0.751，使用的水玻璃模娄为2.83.5，玻镁度3540BE′，水泥浆与水玻璃的体积比为10.6。这种浆无毒，搞掺性能较好，凝胶时间在37S至3MIN44S之间可调。 围岩深部加固注浆采用525普通硅酸盐水泥，其水灰比为0.751，加入BRCA填加剂，其中BR增强封水剂掺量为水泥重量的20，CA专用粉掺量为水泥重量的5。 3）化学浆液。常用的化学浆液主要有丙烯酰胺类、聚氨酯类浆液。这类浆液渗透性好，凝胶时间可调，主要缺点是凝胶体强度低，成本高。近年发展起来的树脂材料具有高强度粘结性的优点，但价格昂贵，在煤矿巷道中一般不宜采用。 4）高水速凝材料。以中国矿大研制的ZKD高水速凝材料为代表，其主要特点是它可以速凝成具有一定强度的固结体，水灰比调节范围大，可以在高的水灰比条件下固结而不淅水，浆液流动性好，渗透性强，材料本身固结后塑性好，高水条件下具有微膨胀性，成本较低。 ZKD高水速凝材料的性能。浆液材料的性能主要是指在不同水灰比条件下浆液的凝结时间、固结强度、变形特性等。ZKD高水速材料具有以下主要性能 ①该材料由甲乙两种固体粉料组成，配制的浆液为双液浆。 ②含水性高，水与固体粉料体积比含水率为8790，重量水灰比为2.212.51。 ③材料具有可注性。甲乙两种固料粉配制成两种溶液，可放置24小时以上不凝固、不结底。 ④材料具有速凝性。甲乙两种浆液混合后开始凝固，娄分钟后即可凝结成固体。 ⑤浆液速凝早强。一天的搞压强度占最终强度（28天强度）的5060，3天可达7080，7天达90以上，早期强度高，固结体能够及时承载，阻止围岩的进一步变形破裂，有利于巷道维护。 ⑥浆液的强度随水灰比增大而隐低，当水灰比大于2.01以后，强度呈直线下降。 ⑦浆液性能受温度影响。初凝时间随凝结时温度的增高而减少，强度则随温度的增高而提高。 ⑧固结体塑性好，典型试块的确变形曲线表明试块受力超过峰值后变形曲线的斜率小，最终残余强度能维持在2Mpa，最终变形量可达8。 ⑨该材料的固体颗粒粒度比水泥小，能通过张开度超过0.1mm的裂隙通道，渗透性好，注浆及泵送过程中不沉淀，不淅水。 从以上的主要性能可知，用ZKD高水速凝材料注浆，不仅能及时有效地固结破碎岩体，而且能适应围岩的较大变形。 ZKD高水速凝材料参数的确定试验可以选用中国矿业大学研制，石家庄市特种水泥厂生产的ZKD主、配料分装的二级高水速凝材料或郑州水泥厂生产的新型高水速凝材料。为确定井下试验时浆液的合理配比，取石家庄市特种水泥厂生产的ZKD主、配料样品进行材料配比试验。 水灰比对强度影响很大，在20℃养护条件下水灰比从1.81增大到2.01和2.251时，2小时强度分别隐低了42和55，3天强度分别隐低了34和49，最终强度也有较大的衰减。因此井下试验时水灰比不宜超过1.81。考虑井下作业环境温度一般为20℃左右，双液混合后注入到孔内的时间不超过20分钟，及注浆过程中有一定量的水洒入巷道内等因素， 确定水灰比为1.61，初凝时间控制在15分钟。 取郑州水泥厂生产的新型高水速凝材料进行的小康矿煤块（试件尺寸100100100mm），与高水速凝材料浆液胶结强度进行实验。 综合上述三种材料特性，考虑李雅庄矿软岩大巷的实际情况，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TYB有机硅防水剂或BR-CA增强防水剂和速凝剂制成水泥浆，试验20M，再用水泥浆和水玻璃配制成双液浆，试验20m，在进行技术经济比较的基础上确定今后推广应用的注浆材料及其配比。 458注浆压力的确定 注浆压力是浆液在围岩中扩散的动力，它直接影响注浆加固效果。注浆压力大小主要受围岩性质、浆液性能、注浆方式等因素的影响和制约。注浆压力过小，浆液难以向围岩中扩散，达不到预期的效果；若注浆压力过大，很可能在注浆过程中由于注浆压力而导致巷道围岩表面冒顶或片帮等塌落破坏。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。李雅庄矿巷道围岩岩性差，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25MPA考虑，在试验过程中通过观测进一步确定合理的注浆压力。 459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QZB50/60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。 4510注浆系统的选择 目前常用两种注浆系统单液注浆系统和双液注浆系统。单液注浆系统的优点是使用设备管路少、注浆系统简单，缺点是浆液运送时间要求严格，自混合料进入料桶开始搅拌到筒内浆液全部注入党孔内整个过程，延续时间不能超过材料的初凝时间，否则就会发生凝浆堵管和堵塞注浆泵等恶性事故而严重影响作业正常进行，处理事故很困难。双液注浆系统的估缺点与单液注浆系统相反，突出的优点是不会发生堵管、堵泵等事故，安全可靠。 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。 4511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。可以按下式估算注浆段的总注浆量 上式计算值为单孔不受其他注浆孔影响时的注浆量，密布孔时注浆扩散半径相互重叠，每孔注浆量要小于这个值。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。 4512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。Page_Split 4513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。 1）准备工作 注浆施工前务好风、水、电等管路和线路系统。 为保证注浆效果，使浆液有效地渗入围岩裂隙，对注浆前支护提出如下要求首先在巷道内支护体及围岩暴露面喷射一层强度较高的混凝土，使喷层与原支护形成一个结合层，作为注浆时的止浆垫，防止浆液从孔边流失。在锚喷支护巷道一般仅需加强喷层完整性，保证一定的厚度即可，而架棚（包括U型钢及梯形支架）支护的巷道，要求架后充填，在保证架后填实的基础上喷混凝土层。 喷层的质量对注浆影响很大，实践中常发现由于喷层不完整，破裂面不规则而导致的漏浆，并很难堵漏，随漏浆量的增加浆液向裂隙内的渗透逐渐停止，不能保证有效的注浆量和渗透范围。 2）钻孔并安装注浆管 用风钻按照设计要求打眼，钻孔直径4143mm；深孔施工时，先用2.0m钎杆钻进，然后换用3.0m钎杆完成。钻眼完成后，安装注浆管并封孔。底眼用煤电钻打眼。 为确保浆液渗透范围的合理分布及加固围岩帮角的效果，在横断面严格按钻孔位置及扎角施工，并保证达到设计的深度，在轴向底板眼可倾斜20，帮顶部眼可倾斜10，以利施工。 严格钻孔质量验收制度，孔位、角度和深度与设计相差较大的要求重打或注浆后补打眼复注。 3）备料 在注浆巷道附近底板干燥处，设置简易料场，堆放甲乙两种高水材料，要求垫木板防潮和渗水，严禁混放混用。为保持材料性能，每次井下备料3.0至6.0T，即12矿车为宜。料场可随注浆点前移，减少搬运距离。 4）注浆系统布置 注浆系统包括注浆泵、搅拦筒及连接管路。设备比较轻便，可入于注浆孔附近，单液注浆管810m，高压出浆管内为混合浆液，凝结快，设计为56m，便于端头操作即可。注浆10M左右移动一次，大约为一个班的注浆量，工效高。 5）搅拦注浆 严格按水灰比供水上料，搅拦均匀。接通注水管线，用清水试注，待管路流通后，将吸浆管分别插入两浆液桶，高压出浆管通过球阀与封孔器后端快速接头相连，开泵注浆。 通过注浆调压阀调节注浆压力，由小到大逐渐调节，终压控制在2.06.0Mpa之间，根据注浆液渗透程度、注浆量、封孔及周边围岩的汉漏情况，调整选定。由于该泵具有定压自动调量的功能，注浆初期，岩层裂隙大，扩散阴力小，排浆量大，注浆后期，岩层裂隙逐渐被充填，浆液扩散阴力增大，排浆量减小，注浆压力随之增大，但不超过调定值，注满后，浆液停止不动，保持终压不变，维持13min，以保证注浆充填程度和密实性。关闭注浆泵及封孔器前端球阀，卸下高压胶管，装到另一个注浆孔上，直至用守浆液。 速凝剂按要求放入，准确控制注浆时间。注浆过程中如发生少量漏浆，用快硬水泥、废旧布袋、黄泥等封堵。如漏浆量大，可暂停注浆，待浆液初凝后再注。按一定顺序注浆，即从底部眼，依次向上顺序注入，以保证注浆效果。可以逐孔依次注浆，也可多也同时进行。 为了提高注浆质量和防止跑浆，应严格按设计的注浆压力、注浆时间和注浆量指标控制注浆，只要有两项指标达到规定阈值就停止注浆。 已注好的眼孔应待浆液初凝后卸下封孔器，并适当清洗备用。当不能及时注浆时，应清洗混合段浆液，以防固结。 每班注浆结束后彻底清洗注浆系统及封孔器，巷内设水沟排放清洗污水，禁止巷内大量积水。 注浆35D后，在注浆锚杆端头安装垫板，拧紧端头螺母。 4514注浆设备及配件 4515注浆的施工组织 注浆工作需要一套专用设备及管路系统，占据巷道一定的空间，应合理组织，保证既不影响掘进工作，又能快速有效地开展。 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2030个眼计算，每天安排两班打眼，可满足一班的注浆进度。注浆班共需5人，每班开始时，先统一作注浆前准备，安装一部分封孔器，调整好注浆系统，从料场运一部分注浆材料到搅拌筒旁边备用。注浆时分工协调，两名工人上料搅拌，观察吸浆情况，一名司机开泵，观察几个压力表，监控注浆系统，一名工人操作注浆管，一名工人准备废旧布料、黄泥等堵漏。循环注浆，每班可注58排眼，约1016m。 4516注浆监控及质量检查 注浆加固围岩是一种隐蔽性很强的工程技术，除按设计要求进行施工外，还必须加强注浆过程中的监测监控和注浆以后的质量检查。 注浆过程中通过掌握注浆量、注浆