时间:2024-07-28
赵东生
(冀中能源邯矿集团山西金地煤焦有限公司赤峪煤矿,山西 文水 032100)
冀中能源邯矿集团山西金地煤焦有限公司赤峪煤矿中央采区集中辅运下山为下山开拓巷道,巷道为直墙半圆拱型,净下宽5.4 m,净高4.6 m,支护形式为锚网梁索喷支护。集中辅运下山在沿2号煤层掘进过程中,巷道受两翼回采动压及矿压影响,围岩破碎,矿压显现明显,造成巷道变形严重。考虑到集中辅运下山巷道服务时间长,为保证该巷道在服务期内的稳定性,共同研究决定对下山开拓巷道进行壁后注浆加固措施[1-6],有效控制中央采区集中辅运下山的巷道变形问题,保证满足设计、安全使用的断面要求。
浅孔:采用矩型布置,孔间距根据岩层性质确定,考虑到岩层横向节理相对比竖向裂隙发育,因此在布置注浆孔时,顶孔间距相对比帮部大。各注浆孔剖面和展开图如图1、图2,每排布置4个孔,孔径Ф42 mm(根据灌浆塞规格及技术要求确定),浅孔孔深2.4 m,排距为3 m,使用灌浆塞进行封孔。
图1 集中辅运下山注浆孔布置剖面图(mm)
图2 集中辅运下山注浆孔布置展开图(mm)
深孔:在浅孔注浆结束后,打4.8 m孔,每排布置5个孔,与浅孔成五花眼布置;深孔布置原则同浅孔。采用锚杆机施工,孔口孔径42 mm(根据灌浆塞规格及技术要求确定),内部孔径28 mm,采用灌浆塞封堵灌浆法。
2号煤裂隙发育,孔隙率为5.1%,具备通过粗粒径浆液的缝隙通道,因此注浆材料选用42.5 MPa(原425#)普通硅酸盐水泥,水玻璃为40 °Bé。
2.3.1 压注参数设计
(1)注浆压力。设计浅部注浆压力最高为3 MPa(根据现场施工情况而定,如现场某个钻孔吃浆量较大而周围无跑浆漏浆情况时,且压力数值不上升采用水玻璃加量等办法提高凝结速度达到注浆效果);深部注浆压力最高为5 MPa(出现压力数值不上升、吃浆量大情况按以上浅部注浆孔实施办法施工)。
(2)注浆扩散半径。在施工现场,主要采用调整浆液胶凝速度、渗透性和注浆终压等参数,进而实现注浆有效扩散半径不小于2.0 m。施工过程中应注意浆液扩散情况,如注浆量大,说明扩散半径大,可适当增加注浆孔的间排距。
(3)单孔吃浆量
单孔吃浆量:Q=AπR2LnB
式中:A为损耗系数;R为有效扩散半径,m;L为注浆段长,m;n为开口孔隙率;B为浆液充填系数。
2.3.2 注浆材料配比参数设计
(1)水泥浆的水灰比(质量比)控制在(0.65~0.85):1左右。
(2)采用水泥-水玻璃浆液,水玻璃浓度约为10~20 °Bé,水泥浆与水玻璃控制在1:(0.1~0.3)左右。
灌浆塞基本参数见表 1。
表1 灌浆塞基本参数表
对于注浆材料的确定,主要是从对巷道的壁后加固效果以及加固经济效益进行综合考虑。本次集中辅运下山注浆采用425#硅酸盐水泥为注浆原料。水灰比为(0.7):1(水灰比按现场吃浆量大小调节比例,扩散范围越大水灰比例越高)。
要保障巷道注浆加固注浆量的合理,吃浆量太大,扩散距离太远将造成极大的浪费,吃浆量太小,注浆效果差,因此需要在现场灵活掌握注浆量。主要从以下两个方面考虑:一是控制泵压,吃浆量大时,泵压应适当减小,必要时增加水玻璃;吃浆量较小时,泵压适当提高,但浅孔最高控制在3 MPa,深孔注浆压力最高控制在5 MPa;二是相邻钻孔一旦跑浆应停止注浆,并对跑浆孔进行插孔复注。
注浆压力泵型号为2ZBQ—30/30、2ZBQ30/6型气动注浆泵,额定压力为6 MPa,额定流量为30 L/min;2ZBQ—24/10型气动注浆泵,额定压力10 MPa,额定流量30 L/min。
注浆工艺流程示意图如图3。
图3 注浆工艺流程图
(1)将风水管路、注浆泵、搅拌机、储浆池、吸浆桶等材料和设备运输并安装到位。
(2)施工好钻孔后,将注浆管嵌入到钻孔中,并在管上缠以麻丝或棉布,防止注浆压力将管顶出,做好封孔工作后,将注浆管与注浆泵连通,并安装好压力表,准备工作完成后进行注浆作业。
(3)正常情况下水泥浆的配比为水灰比平均数0.7:1,水泥为425#普通硅酸盐水泥,搅拌均匀后立即进行注浆。跑浆严重可适当增加水玻璃,水玻璃为40 °Bé,模数2.8~3.2,水玻璃浓度应控制在10~20 °Bé,水泥浆与水玻璃之比应控制在1:(0.1~0.3)。
(4)注浆完毕后,根据观测结果确定是否需要进行复注,并确定复注位置,进而重新打眼进行复注施工。
(5)注浆时浆液的浓度一般是按先稀后浓的原则,当注浆压力升至4 MPa并维持5 min即可结束注浆。
(6)注浆完毕后应立即将吸浆管放入清水桶内改吸清水,从而实现对泵腔和管路的清洗,清洗时间一般不少于10 min。
注完浆后需对注浆效果进行检验,采取方法为:一种是随意选择地点打孔,用窥视仪进行窥视,观察孔内裂隙充填是否密实。另一种方法是打孔后进行复注浆,如仍然吃浆量较大,说明注浆效果较差,需以该段进行补孔重新注浆;如不吃浆,或吃浆量很少,说明注浆效果较好。经以上两种方法检验,中央采区集中辅运下山壁后注浆效果较为理想。
中央采区集中辅运下山壁后注浆加固时间为2021年3月5日—4月30日,施工完成后,在中央采区集中辅运下山壁后注浆加固段100 m范围内每隔10 m布置一个测站对顶板下沉量及两帮移近量进行观测,测站布置如图4。
图4 测站布置示意图(mm)
从两个月的监测数据,注浆加固后,顶板累计下沉量为24 mm,对比之前46 mm的下沉量,顶板位移量大幅度降低;两帮累计移近量为12 mm,对比之前59 mm的移近量,两帮移近量同样大幅度降低。对比监测数据可知,中央采区集中辅运下山巷道围岩变形量很小,基本趋于稳定,中央采区集中辅运下山壁后注浆加固治理后,围岩变形速度较慢,围岩得到了良好的控制。
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