泰山职业技术学院 山东省泰安市泰山区 271000
摘要：近年来，随着我国经济的快速发展，煤矿开采深度也在不断加深，开采条件日益恶化。特别是煤层较软的矿井，由于受到原岩应力、构造应力、集中应力等影响，形成较大的松动圈，采用一般的锚索、锚网支护，不能有效地控制巷道断面的变形，回采中容易造成回采巷道煤壁片帮，顶板冒落，严重影响生产，因此必须对煤体进行有效的加固处理。本文在理论分析高压注浆加固破碎围岩技术及注浆材料性能的基础上，提出了符合实际情况的注浆加固方案，对治理类似巷道破碎围岩有一定的借鉴意义。
关键词：破碎围岩；注浆加固技术；注浆材料
引言
某矿所开采的3#煤层开拓巷道处于地下500～600m范围，井底车场开拓系列巷道在距3#煤层约20m的底板岩层中，主要采用锚网喷支护，巷道支护成型一个月到半年时间内，井底车场开拓巷道与硐室都显现出明显的帮部与拱顶喷层开裂甚至脱落的变形与破坏，围岩与原支护钢筋网片裸露，威胁着设备和人员的安全；井底水窝岩壁变形导致浇筑的钢筋混凝土开裂与脱落，造成井壁变形。布置测点连续观测得出井底水窝仍处于变形不稳定阶段，巷道与硐室围岩内新的裂缝不断产生。井底水窝的服务年限与整个矿井的寿命相同，关系着一切生产活动，是否稳定至关重要。因此，对已经发生变形破坏的井底水窝开展注浆加固技术研究并提出科学合理的加固支护技术十分必要。
1高压注浆加固破碎围岩技术分析
高压注浆是将颗粒型或溶液型浆液材料通过高压注入到破碎的围岩内部，将已经破坏的巷道围岩重新组合并形成连续结构体，使其恢复到破坏前的完整结构，提高自身承载能力与传递锚杆主动支护力的能力，从而提高支护质量与效果。通过现场松动圈测试得出，经过高压注浆后的破碎围岩又基本恢复到原来的连续状态，胶结良好。但注浆材料自身的强度与岩体相比很低，承载能力不强，因此在对已经遭到破碎的围岩注浆加固后还要结合强力锚索实施综合支护主动。强力锚索的作用是对经注浆恢复连续性的围岩实施边界约束条件，使其具有高承载能力，防止二次破坏，保证经高压注浆+强力锚索主动支护的巷道围岩在复杂应力条件下处于稳定状态。对巷道围岩注浆加固的主要作用，是将水泥等浆液材料注入到已经破碎的围岩内，从而在其内部形成具有一定厚度并包容岩块的结石体，把浆液中的颗粒材料嵌入到围岩裂隙内，充填裂隙并固化破碎而相互分离的岩块，从而使其重新产生一定的抗压强度，阻止巷道深部围岩的进一步扩容破坏。破碎围岩裂隙被浆液材料充填固结后，能够有效传递支护体施加的预应力，扩大支护范围与作用深度，显著改善支护效果。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆根据地质条件和围岩变形程度调查结果，结合实际生产揭露情况得出造成井底车场开拓巷道短时间内变形与破坏严重的原因是该巷道与硐室的初次支护方式单一，强度较弱，且处于深部高应力区，围岩结构松软破碎，需进一步采取多种主动支护措施来控制破碎围岩的长期蠕变，恢复围岩内部结构的完整性。通过高压注浆可以将巷道围岩内部已经发育的裂隙充填，破碎的围岩被重新组合，围岩自身的承载能力提高，破坏前完整的岩体结构被恢复而形成一个连续结构体，从而能够传递锚杆的加固预应力，提高支护质量和效果。
2注浆加固材料选择及性能分析
从材料的性质角度可将目前应用的注浆材料划分为颗粒型浆材与溶液型浆材两类。具体工程应用中的注浆材料与浆液配比是结合注浆目的、材料性质及经济成本等众多因素综合考虑确定的。普通硅酸盐水泥浆液的结石强度高、耐久性好且成本低，因而成为注浆加固首选的材料。但是水泥注浆液易离析与沉淀，稳定性弱，且对于小于颗粒度的细小裂隙或孔隙无法注入，扩散半径小。颗粒型硅酸盐水泥注浆材料在松散或离层明显的破碎围岩加固工程应用中比较适用。与颗粒型硅酸盐水泥注浆材料相比，化学材料浆液的可注性很好。除了环氧类及不饱和聚酯类注浆化学材料之外，其余的化学注浆材料虽然价格贵，但是耐久性和结石体强度都相对比较低。因此，化学注浆材料适用于裂隙宽度小且加固后对围岩变形要求低的破碎区域加固。注浆工艺不仅要充分考虑围岩内裂隙被充填满，还需要注浆材料有一定的强度和粘结力使围岩内的裂隙不再张开破坏。因此，本研究对于该矿井底水窝破碎围岩采用水泥浆+高分子化学浆混合注浆加固支护；针对裂隙小而颗粒型硅酸盐水泥注浆液不能注入的范围使用化学注浆。
2.1水泥浆材料
添加剂配比：按照水泥重量的8%～10%计算确定添加剂的用量。水灰比：根据具体的注浆情况选择水泥浆的水灰比为0.6∶1～1∶1。水泥+水玻璃配比：水泥浆液按照水泥重量8%～10%的添加剂和0.6∶1～1∶1的水灰比配制；水玻璃浆液的浓度范围是48～55波美度，模数为2.8～3.2。水泥浆和水玻璃的体积比为1∶0.4～1∶0.6。封孔：注浆孔外注浆泵的注浆管与孔内的注浆花管连接，孔口注浆管使用棉纱+水泥固定并封孔。
2.2高分子化学浆材料
高分子化学浆液材料不仅粘度低、渗透力强，而且固结强度比较高。材料构成：按照1∶1的体积比双组份材料构成；粘度（20℃）/Cp：270～400；初凝时间（20℃）/s：100～120；固化时间（20℃）/s：180～300；反应温度：＜140℃；抗压强度：＞45MPa；抗拉强度：＞5MPa；抗剪强度：＞20MPa；阻燃性：阻燃。封孔：中空钻杆注浆，自行封孔。
3注浆加固方案研究
注浆孔布置：在立井水窝硐室断面的帮、顶以排按照“三花眼”形式布置围岩注浆钻孔，围岩注浆孔的排距全部为1.6m，间距为1.884m。钻孔：按照直径为56mm的钻头，使用地质钻打立井水窝硐室的帮、顶围岩的水泥浆液注浆孔。注浆孔深度：设计立井水窝硐室的帮、顶板围岩的水泥浆液注浆孔深度为3m。注浆孔角度：立井水窝硐室内所有的围岩注浆孔都按照与巷道围岩表面垂直的方向施工。注浆方式：全长一次注浆，在注浆孔内放置2m长的注浆花管，孔口通过封孔器与注浆管丝扣或者插销连接。注浆材料：硅酸盐水泥浆液、硅酸盐水泥+水玻璃双液浆。注浆压力：结合现场注浆情况确定注浆压力为1～2MPa。注浆过程中应严格按照设计的注浆压力向破碎围岩内注浆，当局部漏浆时，采取相应堵漏措施后继续注浆；当局部漏浆严重无法堵漏时，停止向该区域注浆并在临近范围补打注浆孔。
结语
注浆的作用是将浆液材料注入到已经遭到破碎的巷道或硐室围岩内，从而在其内部形成一定厚度包容岩块的结石体，把浆液中的颗粒材料嵌入到围岩裂隙内，充填裂隙并固化后具有一定的抗压强度，阻止围岩向深部扩容破坏。注浆加固提高了围岩体的整体刚度和强度，形成网状具有韧性和黏度的骨架，增强了岩体的残余强度，改变了裂隙的破坏机理。破碎围岩裂隙被浆液材料充填固结后能够有效传递锚杆（索）对围岩表面施加的预应力，扩大支护范围与作用深度，显著改善支护效果。
参考文献
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论文作者:钱雨辰
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年4期
论文发表时间:2019/6/13
标签：围岩论文; 注浆论文; 巷道论文; 浆液论文; 材料论文; 裂隙论文; 井底论文; 《建筑学研究前沿》2019年4期论文;