底板錨注加固方案

1、平莊煤業(yè)（集團(tuán)）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(jì)方案邢臺(tái)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(tuán)）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(yán)重變形不能滿足生產(chǎn)和運(yùn)輸?shù)男枰?。巷道原支護(hù)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(hù)，全長(zhǎng)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(zhǎng)139米。需錨注施工總長(zhǎng)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(xì)砂巖和泥巖，砂巖普遍為泥質(zhì)膠結(jié)，砂巖和泥巖強(qiáng)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(yán)重。為控制巷道底礦方委托邢臺(tái)宏利礦業(yè)技術(shù)有限公司采用底板組合大錨索對(duì)底板進(jìn)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(zhǎng)361米，+135+118段總長(zhǎng)60米。+118+80段總長(zhǎng)139米，總計(jì)560米。1.2.2巷道斷面擴(kuò)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(cuò)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(kāi)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(dòng)影響，圍巖中進(jìn)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(dòng)圈。因泥巖的原始強(qiáng)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(wú)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(huì)引起巷道進(jìn)一步嚴(yán)重變形并產(chǎn)生更大范圍的圍巖松動(dòng)圈。2.2現(xiàn)代工程軟巖”的概念及其合理支護(hù)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(qiáng)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(qiáng)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(guó)內(nèi)外尚無(wú)任何可包治百病”的萬(wàn)能支護(hù)方法，只能對(duì)癥下藥”，采用的支護(hù)措施，只有滿足其變形力學(xué)機(jī)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(jī)制特點(diǎn)綜合分析認(rèn)為：任何形式的被動(dòng)式支護(hù)體系，其支護(hù)

5、能力在超強(qiáng)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(hù)法則正是一種非常適于此機(jī)理的支護(hù)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(hù)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(hù)技術(shù)有機(jī)地結(jié)合在一起的新型加固支護(hù)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(diǎn)，并在此基礎(chǔ)上衍生出了許多新的特點(diǎn)，成為解決高應(yīng)力工程軟巖安全維護(hù)的有效手段，具顯著優(yōu)點(diǎn)如下：與傳統(tǒng)錨噴支護(hù)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(qiáng)度和穩(wěn)定性。在錨注聯(lián)合加固支護(hù)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(shù)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(guò)漿液結(jié)石體“網(wǎng)絡(luò)”將力傳遞到圍巖之中，全面調(diào)動(dòng)了圍巖的自身承載能力，同時(shí)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(zhǎng)期錨固能力，保證了支護(hù)體系的長(zhǎng)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(gè)整體圓涵，保護(hù)著整個(gè)碉室（巷道）的自由空間。底板十幾米深的高強(qiáng)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(lái)并施加強(qiáng)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(duì)底板淺部6米深松動(dòng)圈進(jìn)行淺部預(yù)注漿，然后對(duì)底板深部進(jìn)行打錨索孔及深部注漿，安裝組合錨索，對(duì)錨索孔進(jìn)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(jìn)行底板澆碎，最后進(jìn)行底板碎下水泥注漿。依據(jù)錨注聯(lián)合加固支護(hù)原理，礦方應(yīng)及時(shí)對(duì)頂幫實(shí)施錨桿、錨索、注漿加固，與底板組合錨注錨索形成有機(jī)的聯(lián)合支護(hù)體

8、。工程施工方案設(shè)計(jì)注漿技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)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(jì)根據(jù)礦方提供的有關(guān)巖層資料及擴(kuò)修拉底情況，底板淺部已嚴(yán)重破壞，在鉆孔作業(yè)時(shí)很難成孔，同時(shí)通過(guò)對(duì)其注漿，破碎巖石得以加固，自身強(qiáng)度提高,成孔容易，同時(shí)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(jì)淺孔注漿壓力為2MPa。由于深部巖層受擾動(dòng)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(jì)為5MPa。注漿擴(kuò)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(qiáng)度，h為注漿壓力，a為巖層的間隙等值半徑,B為時(shí)間系數(shù)。注漿擴(kuò)散半徑R=(1X9.8X5X1.2Z2X2.8+1.2)X0.13實(shí)際施工時(shí)通過(guò)調(diào)整漿液的膠凝速度、滲透性和注漿終壓，保證實(shí)際有效擴(kuò)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(kuò)散半徑1.5,L為注漿段長(zhǎng)10,n為開(kāi)口孔隙率0.02(因底板擴(kuò)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(kuò)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(gè)孔，孔距幫0.7m,鉆孔直徑為小80mm,孔深6m,總計(jì)80排，160個(gè)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(jì)66個(gè)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(jì)根據(jù)支護(hù)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(yán)重?cái)_動(dòng) （根據(jù)經(jīng)驗(yàn)， 底板破壞深度達(dá)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(zhǎng)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(gè)孔，每?jī)膳胖虚g一個(gè)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(cuò)距1.2m。深部注漿孔布置與此相同。200米巷道共計(jì)80排，240組。由于巖粉淤積，實(shí)際鉆孔深度為12.513m。錨索布置平面圖及剖面圖見(jiàn)圖1、圖2c2）組合錨索結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jiàn)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(qiáng)錨索拉力。錨索單根強(qiáng)度級(jí)別為1860MPa,破壞負(fù)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(cè)測(cè)站布置設(shè)計(jì)共布置3個(gè)測(cè)站，每個(gè)測(cè)站設(shè)3個(gè)觀測(cè)面，每個(gè)測(cè)面設(shè)3個(gè)測(cè)點(diǎn)，采用十字布點(diǎn)法。第一個(gè)測(cè)站距第一排孔50米，第2、3測(cè)站距第1測(cè)站各50米、100米。測(cè)站布置要求測(cè)站布置工作，應(yīng)由有經(jīng)驗(yàn)的工人和技術(shù)人員共同進(jìn)行，測(cè)點(diǎn)按要求布置，每個(gè)測(cè)點(diǎn)都要標(biāo)記清晰，編號(hào)詳細(xì)、準(zhǔn)確。觀測(cè)工具， 采用鋼卷尺， 兩幫測(cè)點(diǎn)距

13、底板高1.01.5m,底板測(cè)點(diǎn)位于巷道中心線上，各點(diǎn)布設(shè)在同一平面上。觀測(cè)組織及現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集觀測(cè)人員不少于3人，2人測(cè)讀1人記錄。每個(gè)測(cè)站的測(cè)點(diǎn)布置完畢后，均應(yīng)立即采集初讀數(shù)。填寫觀測(cè)表格要字跡工整內(nèi)容齊全，觀測(cè)人姓名、觀測(cè)日期及具體時(shí)間必須真實(shí)、準(zhǔn)確。數(shù)據(jù)分析處理工作由技術(shù)人員進(jìn)行，采用統(tǒng)計(jì)分析法處理觀測(cè)數(shù)據(jù)，分別計(jì)算出最大值、最小值、平均值，以便找出變形規(guī)律。同時(shí)，將觀測(cè)數(shù)據(jù)描繪成曲線圖，以利分析變化規(guī)律。觀測(cè)時(shí)間共需兩個(gè)月，第一個(gè)月每周觀測(cè)一次，第二個(gè)月每?jī)芍苡^測(cè)一次。5 錨注聯(lián)合加固施工工藝設(shè)計(jì)前期準(zhǔn)備工作首先按設(shè)計(jì)要求將施工機(jī)具以及施工中必備的道木、大木板等材料和工具運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)。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(chǎng)，每30m安裝一個(gè)風(fēng)、水接頭。淺部注漿施工1）施工機(jī)具鉆孔采用風(fēng)動(dòng)底板錨索鉆機(jī)打眼，配用直徑小80mm鉆頭；注漿采用ZBQ-15/5型氣動(dòng)高壓雙液注漿泵，與注漿設(shè)備配套的有風(fēng)動(dòng)制漿機(jī)、儲(chǔ)漿池、吸漿池、過(guò)濾裝置以及19mm高壓進(jìn)風(fēng)管路20m,出漿管規(guī)格為19mm,長(zhǎng)度10m、5m、2m各若干根，總計(jì)40m長(zhǎng)。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(jì)，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(jī)、儲(chǔ)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(jī)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(guò)程中要時(shí)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(shí)處理。同時(shí)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(duì)泵腔和管路進(jìn)行清洗，清洗時(shí)間一般

16、不少于10分鐘。注漿系統(tǒng)保養(yǎng)：制漿機(jī)、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(jìn)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(kuò)散的動(dòng)力，它直接影響注漿質(zhì)量與效果。同時(shí)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(jī)，按設(shè)計(jì)要求，用480mm鉆頭打到設(shè)計(jì)孔深；在成孔困難時(shí)，需對(duì)鉆孔進(jìn)行多次注漿，繼續(xù)打孔到設(shè)計(jì)深度。2）錨索安裝按以下工序進(jìn)行：將三根錨索解開(kāi)順直，把樹(shù)脂藥卷攪拌均勻后和錨索頂端一起放進(jìn)導(dǎo)向帽內(nèi)，然后在端頭每隔1米用1個(gè)支架和兩個(gè)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(zhǎng)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(jìn)行封孔。通過(guò)預(yù)埋的深部注漿管對(duì)錨索孔的310m深處進(jìn)行注漿（注漿工藝見(jiàn)淺部注漿），注漿壓力45MPa。注漿7天后，拉底至底板標(biāo)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(chǎng)澆注混凝土，混凝土標(biāo)號(hào)為C30;材料配比按礦設(shè)計(jì)進(jìn)行，混凝土厚度不低于30cm。要求振搗密實(shí)。碎體下部注

18、漿間隔3m布置一個(gè)注漿孔，注漿壓力不大于3MPa。6 工序安排邢臺(tái)宏利礦業(yè)技術(shù)有限公司應(yīng)預(yù)先將鉆機(jī)、材料等準(zhǔn)備完畢并運(yùn)抵紅廟礦。礦方負(fù)責(zé)將注漿設(shè)備、鉆機(jī)、材料等安全運(yùn)抵施工現(xiàn)場(chǎng)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(shí)際工作中嚴(yán)格遵守。1）、打鉆、注漿人員在施工期間必須佩戴防護(hù)眼鏡、橡膠手套等防護(hù)用品。作業(yè)場(chǎng)所必須備有一定量的清潔用水。2）、在封孔時(shí)，不能正面面對(duì)，必須在注漿管內(nèi)脈沖壓力釋放后再開(kāi)啟注漿閥門。4）、與打鉆、注漿無(wú)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(yuǎn)距離觀察，并佩戴好相應(yīng)防護(hù)用品，隨時(shí)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(shí)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(shí)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(jìn)行打眼、埋管、封孔、連管等作業(yè)時(shí)