动压巷道围岩加固（精选7篇）

动压巷道围岩加固 第1篇

17#煤层是东荣二矿主要可采煤层中储量最大、煤层最厚的煤层, 当前为了满足生产接继的需要, 在巷道布置时无法必免动压巷道的出现。动压巷道的支护成了当前巷道支护上的难题, 因此控制好17#煤层采准巷道动压下的围岩变形对该矿的安全生产有着极其重要的意义。目前17#煤层8面下料道已经掘通, 该矿尽管采取了多各种支护形式及手段, 却未能遏制巷道围岩的严重变形与破坏。

1.1“锚、网、带、喷”联合支护下巷道围岩变形及破坏。

1.2“锚、网、带、喷、架”联合支护下巷道围岩变形及破坏。

2 东荣二矿17#煤层动压巷道围岩变形破坏机理分析

通过对17#煤层8面下料道的定期观测显示, 在16#煤层回采工作面前方压力增高区通过17#煤层回采巷道及回采工作面与17#煤层掘进工作面迎头相遇时, 17#煤层回采巷道并未产生明显压力显现;在16#煤层工作面通过17#煤层回采巷道后, 16#煤层采空区下一定范围内压力显现明显, 巷道围岩严重变形, 压力增大, 巷道支护结构中金属支架被压弯、扭转, 部分锚杆脱落, 顶板局部垮落。此压力增高随16#煤层的回采速度不同而不同。当16#煤层回采速度快时, 17#煤层压力增大明显;反之则不明显。且压力增高呈现一定步距, 在16#煤层采空区下50米左右范围时, 第一次压力明显增大;在16#煤层采空区下100米左右范围时, 第二次压力明显增大。

通过以上观测可分析, 对17#煤层采准巷道所受的动压影响主要来自于16#煤层采煤工作面采空区单侧煤柱压力及工作面前应力增高区。加上17#煤层顶板由炭质泥岩、粉砂岩、煤等组成, 属于典型的复合顶板, 对其支护要考虑多方面因素。

3 东荣二矿17#煤层动压巷道围岩变形控制措施及其应用

根据对17#煤层8面下料道的围岩观测及围岩应力分析, 针对17#煤层7面皮带道通过理论分析及参数计算, 提出以下支护方案。

支护方案:锚网带喷, 单体液压支柱+加工字钢梁 (在动载区时支设)

(1) 顶板采用六排螺纹钢树脂锚杆 (锚杆L=2.2m) , 间排距为0.8m0.8m及两排锚索 (L=6.0m) , 间排距为2.0m2.0m。

(2) 巷道帮锚杆 (锚杆L=2.2m) , 间排距为0.8m0.8m, 如图1。

(3) 在动载区及顶板较破碎时采用液压单体支柱加工字钢梁, 液压单体支柱直接顶在钢梁上。

4 控制效果

17#煤层8面下料道经过二次支护后巷道围岩已完全趋于稳定, 17#煤层7面皮带道在该支护方案下已施工3个月, 巷道围岩变形量已控制在规定范围内。动压巷道的控制对该矿当前生产接继的正常进行提供了有力保障。

参考文献

[1]庞凤岭.动压巷道支护技术探讨[J].煤炭科学技术, 2006, 34 (3) :76-78.

[2]刘福军, 李志江.承受二次动压巷道支护分析[J].煤矿开采, 2002, 51 (4) :36-38.

动压巷道围岩加固 第2篇

1.化学浆液尤卡尼加固技术原理

尤卡尼是一种有机化学胶， 由双组分按照1：1 的体积比反应生成，具有良好的加固和堵水性，广泛应用于煤矿和隧道的岩层加固、地下堵水等工程。该产品的高度粘合力和良好的机械性能，能保证其与地层产生高度粘合；良好的柔韧性和回弹性可以随岩体压力的长期作用；并且具有强抗渗性能、抗磨、抗冲击性能和抗老化性能，从而达到长久稳固岩体的目的。

尤卡尼可通过加入一定的加速剂提高产品的反应速度，注人地层后，低粘度混合物保持液体状态1～2 分钟，在强大的注射压力下能很快地充分渗透到细小的裂隙中膨胀凝固（煤岩体不含水时，混合反应膨胀倍数较小，膨胀3 倍左右），从而有效地加固和密封围岩，提高煤岩体整体强度。很短时间内其聚合力达到1.5MPa，3～4h 后抗压强度大于27 MPa。

2. 化学浆液尤卡尼注浆加固设计

2.1 布孔参数

钻孔布置原则是打在巷顶以上4米处，沿已成形巷道顶向冒落区打两排共9个钻孔：第1排布置6个，沿巷道方位，倾角+30°，均匀布置于巷道周边，孔深5米，孔间距0.75米；第2排布置在已成形巷道0.8米处，方位顺巷，倾角+10°，孔深8米，孔间距0.6米。 注浆第1排眼采用Φ50mm废旧水管经打眼加工后作为注浆管，施工时不再拨出，第2排采用Φ50mm塑料管，加工后作为注浆管，注浆后影响巷道成形可剧掉。

2.2 注浆机具与注浆压力

整个加固过程采用KFNQS－11/10 型气动注浆泵， 它采用压缩空气为动力源，利用气缸和注浆缸具有较大的作用面积比，以较小的气压使缸体产生较高的注浆压力。使该注浆泵正常工作的风源压力为0.4~0.6 MPa，注浆的最大输出压力为26 MPa。另外，施工机具还有一个混合注射枪、两根高压软管、7655 型风锤一台、外径为42 mm 封孔器、棉纱若干。

2.3 施工工艺和参数

施工的工艺流程（如图1 所示）：先按照预先设计好的钻孔施工参数进行打钻，然后往钻孔里面下注浆管，在钻孔的孔口安装封孔器，封孔器的一端和钻孔内的注浆管相连，另一端用高压管和注射枪与注浆泵相连，同时将两根吸管分别插人尤卡尼树脂和催化剂桶内，分别通过气动泵的A、B 两个活塞缸把两种原料抽出，通过高压胶管，在注射枪内部混合均匀，混合液进去钻孔内部，在1min 左右进行凝固，起到加固煤岩的作用。如果注浆过程中发现钻孔四周的裂隙开始有浆渗出，则停止注浆，快速冲洗机具并拆卸注射枪。

图1 化学浆液尤卡尼施工工艺流程图

钻孔施工采用7655 型风钻， 孔直径为42 mm， 注浆管外径为25mm，下进钻孔4～5 米，前端2m 的管壁四周开设若干直径为25mm的小孔，形成花管，便于浆液的扩散。每孔注浆量根据实际情况确定，

当钻孔四周有大量浆液漏出时，必须换孔或停止注浆。在有关技术人员的指导下组装好气泵及附件，将两根吸管分别插入到尤卡尼树脂桶和催化剂桶中。打开气泵开关，活塞在气马达作用下运动，压力使原料经过活塞进入输送管到注射枪，到达封孔器处停止，马达不断加压，当压力大于5 MPa 时，封孔器自动张开，混合液通过注浆管扩散至煤体内，封孔器张开堵塞住注浆管与孔壁之间的间隙起到封口作用。混合液在强大的压力作用下渗透到煤壁中并很快凝固成固体，从而完成了煤体加固。

化学浆液尤卡尼加固材料的相关参数如表2 所示。

3、施工中注意事项

3.1注浆施工必须由下而上进行， 分组注浆，1 个1# 孔和1 个2# 孔。

3.2注射过程中如压力达到10 MPa 仍继续上升则立即停泵，检查注射枪是否堵塞。

3.3注射过程中两侧人员准备好棉纱，一旦混合液渗出，立即堵塞。

3.4注浆的孔口用棉纱进行封堵，防止瓦斯外泄。

3.5 打注浆孔时出现瓦斯异常等情况时，及时用黄泥堵孔口。尤卡尼药剂具有腐蚀性，所有施工人员戴防护镜和乳胶手套。

3.6每一孔注射结束后， 应立即将两根吸管插人油水混合液中清洗泵体、管路及注射枪。

4 .应用效果

4.1在巷道上方形成一段较为稳定的假顶区，它将破碎的围岩胶结起来，改善了围岩结构，强化了围岩强度，从而增加了围岩自身承载能力，保持了围岩的稳定性，保证了作业人员的施工安全，安全程度较高。

4.2注浆工艺简单，易操作，且注浆后凝固速度快，大大减少了影响时间，并大大提高了掘进（扩修）进度。

动压巷道围岩加固 第3篇

动压巷道是指受采动影响的巷道。由于矿井煤层的大面积开采, 在采空区周围产生应力集中;开采后残留煤柱的上下方也有应力集中现象, 应力集中系数约为原岩应力的3~6倍, 因此, 动压巷道是受采动集中应力作用下的巷道。动压、软岩巷道围岩变形量一般可达数百毫米, 严重时在1000 mm以上, 因此, 它们是大变形巷道, 不稳定巷道。

2 动压巷道围岩控制研究进展

2.1 巷道矿压新理论

侯朝炯、马念杰等提出采准巷道矿压理论, 具体包括以下三个方面:

(1) 围岩塑性区不均匀的分布。

由于巷道围岩分层性质显著, 强度、厚度差别大, 采动后支承压力分布不均匀, 护巷方式不同等原因, 围岩塑性区分布是不均匀的。通过计算分析, 提出了层状岩体巷道围岩塑性区的“*型”、“半*型”、“缺上 (或缺下) 的半*型”分布状态。

(2) 围岩不均匀的整体下沉和局部上升。

由于层状矿体大面积开采, 在不同护巷方式、不同采动支承压力的影响, 形成围岩不均匀的整体下沉和局部上升。

(3) 加固巷道帮角控制底鼓, 同时控制两帮变形和顶板离层。

巷道底角应力集中, 因此, 首先从角部开始变形、破坏;两帮下沉引起底鼓在水平应力挤压下底板鼓起。

2.2 Z K D高水速凝矿用新材料应用

(1) 性能简介。

这种新型注浆材料的优点是高水灰比, 速凝早强且可调, 固结体强度高, 峰后强度高, 塑性好, 具有微膨胀, 破裂后可再胶结, 流动渗透性好, 能适应围岩较大的变形, 浆液成本较低。

(2) 应用

(1) 沿空留巷巷旁充填。

根据切顶高度、围岩应力分布、充填体的稳定性, 按煤体极限平衡梁力学模型计算巷道支护阻力, 从而确定巷旁充填体强度与宽度。

(2) 巷道围岩注浆加固。

研究了巷道围岩注浆加固机理。对于处于峰后强度的破碎区、塑性区围岩, 通过ZKD高水速凝材料注浆加固, 充填满裂隙, 围岩的残余强度将成倍地增加, 显著提高了围岩的稳定性。注浆封闭水源、隔绝空气, 有效地减少了围岩风化、破裂。

3 今后动压巷道研究重点及其发展方向

3.1 进一步发展巷道支护技术

动压巷道支护主要使用金属支架与锚杆支护, 当前应着重解决以下问题:

(1) 关于金属支架。

(1) 刚性与可缩性支架的使用界限。

目前, 不少应当使用可缩性支架的巷道仍然大量使用着刚性支架, 造成支架大量损坏, 支护费用大幅度增加, 巷道难以维护。应当从技术、经济上进一步研究两种支架使用范围的界限。

(2) U型钢可缩性支架的连接件。

它是可缩性支架的关键部件, 决定支架的力学性能, 特别是承载能力和可缩量。目前大量使用的螺杆夹板式连接件造成支架不可缩, 支架及连接件大量损坏, 应积极发展双槽型夹板式连接件。

(2) 关于锚杆支护。

(1) 进一步发展和完善围岩峰后强度强化理论。

该理论解决了破裂围岩中锚杆的作用机理, 并为支护参数确定提供了理论依据。当前理论上需进一步完善, 并研究其适用条件, 形成一整套确定锚杆支护参数的新方法。

(2) 虽然我国目前较广泛应用了高强度锚杆, 但所使用的20Mn Si螺纹钢材质强度不高, 其屈服强度仅340 Mpa, 应尽快研制、使用屈服强度高且保证有足够延伸率的猫杆, 使锚杆支护阻力能够满足工程需要。

3.2 研究矿用新型材料

近期发展起来的膏体、似膏体材料是一种性优价廉的矿用新材料, 有广泛的应用前景。

这种材料是以破碎的煤矸石、电厂粉煤灰或城镇固体垃圾等作为主料, 再配以少量底价胶结料 (50~100 kg/m3) 而成。它是一种不淅水的、牙膏状稠浆体, 固结后强度可达2~15 MPa (随材料组分及胶结量不同而异同) , 价格低廉。

参考文献

[1]侯朝炯, 马念杰.煤帮极限支承压力的计算分析[D].第四界采场矿压讨论会论文汇编, 1987.

[2]马念杰, 侯朝炯.采准巷道矿压理论及应用[M].北京:煤炭工业出版社, 1995, 10.

[3]王卫军, 朱香辉.深井煤巷底鼓控制原理与工程实践[J].矿业工程研究, 2009, 10 (4) :26-28.

[4]孙晓明.煤矿软岩巷道耦合支护理论研究及其设计系统开发[D].中国矿业大学, 2002.

动压巷道围岩加固 第4篇

随着采矿规模的日益增大, 开采深度也越来越大, 所造成的巷道围岩压力也越来越大, 巷道受采动影响后, 使得围岩的强度和稳定性进一步降低, 这就给巷道围岩控制和巷道支护及维护带来了非常大的困难。研究和了解受采动压力影响时底板应力分布及巷道变形规律是确定合理的支护方式与参数及支护时机等问题的基础[1,2,3]。本文在调查分析了矿区煤岩地层物理力学性质的基础上, 利用非线性数值分析软件ADINA建立了开采工作面的三维有限元分析模型, 分析了巷道受采动影响的变形特性, 为巷道围岩支护提供科学依据。

1 有限元模型

1.1 ADINA简述

ADINA是由国际上著名的麻省理工学院K.J.Bathe教授领导的ADINA R&D公司研究开发的商用工程软件。ADINA软件是基于有限元技术的大型通用分析仿真平台, 具有强大的前、后处理功能和求解器。ADINA在计算岩土变形和稳定性方面具有很强的优势, 主要体现在岩土材料模式丰富, 包括Drucker-Prager材料模型、Cam-Clay材料模型、Mohr-Coulomb材料模型、曲线描述的地质材料模型以及自定义模型等;提供多种地质断层、节理裂隙处理方法;具有锚杆、抗滑桩等杆单元算法, 能够模拟动态施工及其变化过程;多孔介质特性耦合各种非线性岩土模型, 进行渗流、固结沉降, 以及渗流、结构、温度场耦合分析等[4,5]。

1.2 三维有限元模型的建立

为了分析煤层采动对巷道稳定性的影响, 建立了煤层采动的三维计算模型。模型计算范围的大小是影响计算合理精度的主要因素[6,7]。建立本三维计算模型时, 选择实际巷道长160 m, 如图1所示。由于煤层采区边界与巷道轴线并不平行, 建模过程中为了方便采用软件的平移技术建立了555根锚杆, 如图2所示, 因此, 模型以巷道轴线为主线, 宽度方向平行于巷道轴线;为了消除应力边界效应和位移边界效应, 取巷道距模型边界的距离为巷道跨度的5倍, 顺延煤层倾向取模型长度297.91 m, 模型高度90.14 m。计算边界条件为位移约束边界条件, Y轴方向和Z轴方向为法向位移约束, 取重力加速度为9.80 m/s2。其中巷道模型中部建立了40 m化学浆液锚注支护段用作对比分析。模型位移观测点与实际多点位移计的观测站位置相同, 每断面布置5个测点, 以270测站为例, 靠近煤层一侧编号为270-1, 相应远离煤层一侧编号为270-5, 如图2所示。

建立该采动模型时采用Mohr-Coulomb材料模型, 并运用单元生死模拟采掘工作面动态推进煤层变化过程。共有10个单元组, 366 08个计算节点, 335 28个计算单元;同时设置了单元的生死用来模拟煤层开采对巷道围岩应力和位移的影响, 每单位时间沿走向“开采”煤层4 m。

2 动压巷道锚注支护数值计算结果及分析

典型的计算结果曲线如图3、4所示。

(1) 由数值计算结果可以看出, 受煤层采动的影响, 巷道围岩均向岩体内部移动, 这与多点位移计实测结果相一致。

(2) 由数值模拟计算结果可以看出, 在煤层开采的动压影响下, 巷道同一剖面的不同测点, 靠近采动煤层一侧测点 (261-1和270-1) 的水平位移值要大于背离采动煤层一侧测点 (261-5和270-5) 的水平位移值。

(3) 经化学浆液锚注支护后, 与相邻的265测点相比较, 巷道的270测站水平位移减小幅度分别为5.97%及44.04%, 移动速率也相对较小。因此, 在动压条件下, 化学浆液锚注支护发挥着较为优异的维护巷道稳定性的作用。

3 分析与小结

(1) 本文建立了煤层采动对巷道稳定性影响的三维有限元数值计算模型, 分析了不同支护方式下巷道围岩位移变化。

(2) 从三维有限元模型计算结果可以看出, 受煤层采动的影响, 巷道围岩均向岩体内部移动, 应力开始向巷道围岩深部发生转移;靠近采动煤层一侧测点的水平位移值要大于背离采动煤层一侧测点的水平位移值。经过对比分析得出, 化学浆液锚注支护发挥着较为优异的维护巷道稳定性的作用。

(3) 将煤层采动的三维有限元分析与实测结果对比可以看出, 所建立的计算模型能够较好地模拟实际煤层采动过程中巷道的位移及应力变化, 为巷道的实际锚注支护工作提供一定的依据。

摘要：针对受上部煤层采动影响的底板运输巷道, 进行了工程地质有限元数值分析。在调查分析了矿区煤岩地层物理力学性质的基础上, 利用非线性数值分析软件ADINA建立了开采工作面的三维有限元分析模型, 并将巷道围岩位移的数值分析结果与实测结果进行比较, 分析了巷道受采动影响的变形特性, 为巷道围岩支护提供了一定的依据。分析结果表明:受采动压力影响, 应力开始向巷道围岩深部发生转移, 巷道围岩靠近采动煤层一侧测点的水平位移值较大;化学浆液锚注支护发挥着较为优异的维护巷道稳定性的作用。

关键词：动压,锚注支护,有限单元法,三维模型

参考文献

[1]陈炎光, 陆士良.中国煤矿巷道围岩控制[M].徐州:中国矿业大学出版社, 1994

[2]钱鸣高, 石平五.矿山压力与岩层控制[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2003

[3]高明中, 黄殿武.底板软岩动压巷道围岩应力分布的数值分析[J], 安徽理工大学学报 (自然科学版) , 2003, 23 (3) :14~18

[4]郝凤山, 姚晓虎.回采巷道煤层中塑性区分布的数值模拟及分析[J].中国矿业, 2007, 16 (3) :71-73

[5]ADINA R&D, Inc., ADINA-Theory and ModelingGuide, vol.Ⅰ:ADINA, November, 2006

[6]王连国, 缪协兴, 董建涛.动压巷道锚注支护数值模拟研究[J].采矿与安全工程学报, 2006, 23 (1) :39-42

动压影响二次复用巷道耦合加固研究 第5篇

1 工程条件

1.1 生产地质条件

某矿3号煤层厚4.30~5.80 m, 平均厚4.76m, 煤层位稳定, 结构简单, 埋深在510 m以上。在1301进风巷与1301运输巷1#联络巷中间位置进行了地质力学参数测试, 最大水平主应力为15.0MPa, 垂直应力为13.47 MPa, 属于中等地应力值区域。3号煤体强度大部分集中在6~10 MPa, 平均强度为8.29 MPa。煤层顶板为厚14.0 m左右的砂质泥岩, 具有滑面;底板10.0 m范围内也以泥岩和砂质泥岩为主。巷道围岩总体上较软、易风化。

1301进风巷沿煤层顶板掘进 (图1) , 断面为矩形, 宽5.2 m, 高4.2 m, 总计长度约900 m, 其中前500 m不受回采动压影响, 工作面正常回采长度约400 m。由于1301进风巷不仅服务于本工作面回采, 在本工作面回采完毕后, 作为该采区的开拓巷道, 因此, 1301进风巷属于二次复用巷道, 1301进风巷和运输巷相邻, 净保护煤柱25 m, 1301进风巷掘进完毕, 主要采用锚网索支护, 掘进期间, 围岩岩性较差段、地质构造段及钻场交叉点等地方多处发生底鼓、顶板下沉和两帮移近, 其中底鼓量500 mm, 每帮移近量约300 mm, 顶板局部下沉约200 mm。

从1301进风巷顶板窥视情况来看, 在0.6, 0.9, 1.1, 2.3, 2.7 m处有轻微离层, 在3.8~4.3 m区间为絮状破碎带, 其余在8.0 m窥视范围内顶板较完整。1301进风巷道靠煤柱侧孔窥视可见在1.5m范围之内, 煤体极其破碎, 1.5~4.2 m范围内较破碎, 其余7.4 m窥视范围内, 煤体整体相对完整, 无明显裂隙和破碎, 但煤质较软。

1.2 1301进风巷原支护方案

1301进风巷主要采用锚网索组合支护方式。

(1) 顶板支护采用22左旋无纵筋螺纹钢筋锚杆, 钢号BHRB500号, 长2.4 m, 杆尾螺纹为M24。锚杆间距950 mm, 每排6根锚杆, 排距1 000 mm。锚索形式和规格:锚索材料为22 mm, 1×19股高强度低松弛预应力钢绞线, 长度7 300 mm, 延伸率7%, 配合高强度锁具和可调心托板。锚索布置每排锚杆打3根锚索, 间距1 600 mm, 排距2 000 mm。要求锚索初次张拉大于300 k N, 预应力损失后达到250 k N。

(2) 两帮支护采用杆体为22左旋无纵筋螺纹钢锚杆, 钢号BHRB500号, 长度2.4 m, 杆尾螺纹为M24。锚杆间距1 000 mm, 每排每帮4根锚杆, 排距1 000 mm。目前面临的问题是在工作面开采之前就对1301进风巷进行加固, 还是等工作面开采完毕在进行加固。如果目前就进行加固, 加固完之后, 能否抵抗得住工作面开采所带来的动压及应力集中的影响, 如果抵抗不住, 后期还要进行刷巷加固。如果不进行加固, 1301进风巷在回采期间抵抗不了动压影响, 会出现大面积变形, 造成巷道进风断面不够, 影响工作面的开采, 所以在开采之前进行现场基础数据调查及数值模拟计算进行定性判断。

2 数值模拟

2.1 模拟方案

采用数值模拟软件UDEC建立模型 (图2) , 按照工程实际尺寸及相对位置预先将1301进风巷、1301轨道巷布置完毕, 计算至应力平衡状态, 再进行1301工作面布置[3,4]。现分2种方案进行模拟。

(1) 在工作面开采之前进行注浆和锚索补强加固, 然后进行1301工作面开采, 监测1301进风巷锚杆 (索) 受力、围岩变形及巷道围岩状态, 判断巷道的安全状况。

(2) 在1301进风巷原支护状态下, 直接进行1301工作面开采, 监测1301进风巷锚杆 (索) 受力、围岩变形及巷道围岩状态, 判断巷道的安全状况。

2.2 模拟结果分析

数值模拟结果如图3、图4所示。从开采后锚杆锚索受力分析可看出, 在开采前对巷道进行注浆和锚索补强之后, 锚杆锚索的受力情况更加稳定, 不再出现锚杆索受压应力的现象, 且注浆有效充填围岩体裂隙, 减少岩体层位间的错动移位, 提高了锚杆索抗剪能力。同时原支护锚杆锚索的受力状况也有改善。若不进行加固就进行开采, 极易使围岩裂隙、离层进一步张开, 移位错动倾向进一步加大, 造成锚杆索的剪切破断, 且在开采后围岩极度破碎的情况下再进行加固, 浆液恢复极破碎岩体的能力有限, 恢复岩体强度的能力将大打折扣[5]。

从开采之后巷道围岩的状态来看, 加固之后进行1301工作面开采, 这种方案能够有效降低1301进风巷围岩的塑性区。加固之后, 浆液能够有效将细小裂隙、离层充填, 再加上高预紧力的强力锚索补强, 有效阻止裂隙、离层向深部围岩进一步扩展, 有效地保持围岩的整体性, 极大提高围岩体自身的抗变形能力。由于巷道围岩的抗变形能力增强, 使应力从1301轨道巷帮进行破碎卸压, 这对工作顶板的断顶垮落也有帮助, 有效降低垮落步距过大产生冲击矿压的危险性[6,7]。

从开采之后巷道变形量最大的右帮来看, 加固之后巷道右帮最大变形量为29.6 cm;不加固直接进行开采时, 巷道右帮最大变形量为38.6 cm (图5) 。有效减少巷道右帮变形9.0 cm。从巷道变形的速率来看, 不进行加固就进行开采时, 巷道变形非常迅速, 极易造成大面积的锚杆 (索) 破断, 产生冒顶、偏帮事故[5]。

1301进风巷道根据原支护, 在掘进期间到1301工作面布置完成局部区域底鼓量500 mm, 每帮移近量约300 mm, 顶板局部下沉量约200 mm, 局部起底仍能满足安全生产的需要, 根据巷道围岩窥视裂隙情况, 此刻裂隙及围岩变化为锚注的最佳时间。数值模拟表明, 在工作面开采之前不进行加固, 巷道围岩将进一步向深部扩展, 贯穿整个25 m煤柱, 即使工作开采完之后再进行加固, 也很难恢复围岩的强度, 对于巷道10年左右的服务时间是极大的挑战, 所以采用在工作面开采之前进行注浆和锚索耦合加固[8,9]。

3 加固方案及效果

3.1 方案设计

1301工作面开采之前进行加固。

(1) 顶板加固方案。顶板先注浆, 注浆孔采用36钻头打设, 每排2个注浆孔, 深度7 000 mm, 排距2 000 mm, 间距2 000 mm;注浆完毕架设3根锚索, 锚索间距1 800 mm, 排距2 000 mm。

(2) 两帮加固方案。先打注浆孔注浆, 注浆孔采用36钻头打设, 注浆孔排距为2 000 mm, 深度为7 000 mm, 间距为1 500 mm, 每排3个注浆孔, 注浆完毕后架设3根锚索, 锚索间距为1 500 mm, 排距为2 000 mm。锚索采用21.6-1×19-6300强力锚索, 锚索预紧力不低于300 k N;浆液采用P.O42.5水泥按照0.7∶1的水灰比进行配置, 注浆压力2~5MPa, 根据注浆情况进行调整。1301进风巷原支护和新加固方案相对布置图6所示。

3.2 应用效果

1301进风巷进行加固完毕后进行1301工作面的开采, 在1301进风巷布置位移测站进行巷道变形的监测, 工作面开采完毕6个月后基本稳定, 巷道两帮最大移近量500 mm, 顶底板移近量在300 mm左右, 不需要再进行扩修, 完全满足后期使用的需求。

施工过程中, 注浆压力必须保证, 有漏浆时要及时采取措施, 漏浆严重导致停注的区域补打注浆孔。经过注浆后提高了破碎围岩的可锚性, 改善了围岩的整体性。再进行强力锚索支护, 较完整围岩能够将锚索的预紧力向深部围岩传导, 使浅部围岩形成处于高应力状态下的承载结构[10]。巷道维修后在巷道两帮与顶底板设立对应的深孔位移监测点。巷道维修以后2个月围岩变形量如图7所示。

4 结论

(1) 根据钻孔窥视仪对围岩破碎情况的调查和数值模拟情况, 确定在1301工作面开采之前进行注浆和锚索耦合加固, 完全可以抵抗1301工作面开采的动压影响, 加固后两帮最大变形量500 mm, 顶底板最大变形量300 mm。现场试验和数值模拟结果相近。

(2) 巷道破碎围岩注浆加固的时机选择十分重要, 过早加固, 围岩裂隙未张开, 浆液很难渗透到裂隙当中;过晚加固, 围岩完全破碎, 浆液恢复岩体的完整性和强度效果均不好。

(3) 水泥注浆能够恢复岩体的强度的能力有限, 但能够较好地恢复岩体完整性, 为锚索提高可靠的锚固力, 能较好地使预应力扩散。注浆和锚索耦合支护是解决受动压影响的二次复用巷道加固的有效途径。

参考文献

[1]娄金福.动压巷道离层变形特征及支护技术研究[J].煤炭科学技术, 2015, 43 (4) :6-10.

[2]马振乾, 李桂臣, 阚甲广.深部软岩动压巷道围岩控制技术[J].煤矿安全, 2011, 42 (8) :43-46.

[3]Itasa Consulting Group, Ins.UDEC Version 1.8, 1992:237-439

[4]陈金宇, 杨景贺.破碎围岩注浆加固作用分析与应用[C]//地基基础工程与锚固注浆技术:2009年地基基础工程与锚固注浆技术研讨会论文集, 2009.

[5]陈金宇, 杜泽生.煤矿巷道维修中注浆对初次支护的作用分析[J].煤炭科学技术, 2011, 39 (10) :11-13.

[6]张农, 侯朝炯, 陈庆敏.巷道围岩注浆加固体性能实验[J].辽宁工程技术大学学报, 1998 (2) :28-40.

[7]高延法, 范庆忠, 王汉鹏.岩石峰值后注浆加固实验与巷道稳定性控制[J].岩土力学, 2004, 25 (增刊1) :21-24.

[8]陆银龙, 王连国, 张蓓, 等.软岩巷道锚注支护时机优化研究[J].岩土力学, 2012, 33 (5) :1395-1401.

[9]贺永年, 张农.巷道滞后注浆加固与滞后时间分析[J].煤炭学报, 1996, 21 (3) :240-244.

动压巷道围岩加固 第6篇

1 工程概况

4313大采高工作面四盘区大采高工作面, 东部为一盘区采空区, 西部为4303工作面采空区, 北部为Ⅲ4315综采工作面 (尚未布置) , 南部为Ⅲ4311综采工作面采空区。工作面为走向长1200 m, 倾斜长220.70 m (帮—帮) , 煤层总厚度为5.90 m (其中煤厚5.59m, 泥岩夹层厚度0.31 m) , 煤层倾角1~12°, 平均倾角6°。工作面布置三条顺槽, 如图1所示, 采用“两进一回”通风方式, 其中43131巷和43133巷为进风巷, 43132巷为回风巷, 43132与43131巷间煤柱尺寸为35 m, 工作面开采后需保留作为接替工作面4315大采高工作面的进风顺槽。

2 注浆加固方案

2.1 新型无机注浆加固材料

大采高工作面采动影响巷道, 在超前支承压力和侧向支承压力的作用下, 围岩破碎较为严重, 裂隙发育, 致使注浆过程中面临的不是浆液渗透性差、扩散半径小等问题, 主要是漏浆问题, 尤其是工作面顺槽巷道, 表面无喷浆保护, 注浆过程中极易漏浆, 主要通道主要是锚杆、锚索孔、瓦斯抽放孔, 以及巷道浅层破碎区与表面贯通裂隙。大量的工程实验表面, 采用普通水泥浆单孔注浆量一般不超过50 kg, 主要问题是漏浆时很难堵漏, 只能中止注浆。而聚氨酯类高分子注浆材料凝固速度快, 且具备发泡性, 在注浆过程中通过间歇注浆方法, 能够通过浆液堵住漏浆通道, 因此注浆量很大, 部分破碎区域单孔注浆量甚至达到了10几吨;但是高分子注浆材料价格昂贵, 且存在有毒、腐蚀, 易自燃等安全隐患。因此, 开发快凝、高强、渗透性好的新型无机注浆材料, 以解决破碎围岩注浆问题, 就显得尤为必要。

晋煤集团技术研究院联合国内知名科研院校, 经过3年多的努力, 研发出了无机双液注浆材料—联邦加固材料, 该新型无机注浆材料为双液注浆材料, 分为A料和B料, 均为水化材料, 在现场施工时一般按照0.8~1.5∶1的水灰比加水搅拌制浆, 两种浆液在混合前, 6 h时内不凝固、不泌水、不沉淀, 混合后失去流动性时间为3~5 min完全固化时间为5~10 min, 1~8小时的强度能达到8~25 MPa以上。在注浆过程中配合正确的注浆工艺和封孔方法, 能够很好地解决漏浆问题, 注浆压力能够达到设计值, 扩散范围可达到3~5 m, 能够起到较好的加固效果。

2.2 钻孔布置及注浆锚杆

长平公司4313大采高工作面43132巷注浆钻孔布置如图2所示。钻孔排拒3 m, 每排4个钻孔 (南北帮各两个) 注浆钻孔深度8 m, 孔径42 mm, 上排钻孔距离顶板1.5 m, 下排钻孔距离底板1.5 m。

注浆锚杆总长6 m, 由3段2 m长的4分钢管, 通过4分直接连接而成。最外部的一根锚杆上设置封孔段, 在距离锚杆一端1 m处缠绕铁丝, 铁丝段长度为0.6 m。使用时在铁丝范围内缠绕棉纱 (缠绕不同位置可控制封孔段长度, 目前使用封孔长度为1 m) , 在端头0.2 m处也缠上棉纱, 锚杆出露煤壁0.1 m。

2.3 注浆压力

注浆压力也是影响注浆效果的关键参数, 一般情况下注浆压力6~8 MPa, 围岩破碎, 漏浆严重时可适当减低注浆压力, 可调整为4~6 MPa。

2.4 注浆量

注浆原则上需一直注至压力上限为止, 如果注浆时间过长, 注浆量过大, 应检查是否存在漏浆通道, 尤其要防止浆液漏入瓦斯抽放管路, 注浆结束时应稳压至8 MPa。

3 注浆加固效果分析

3.1 注浆量统计情况

在同等条件下, 单孔注浆量对围岩加固效果起着决定性作用, 在43132巷297 m加固范围内, 共施工360个孔, 累计注干粉料约70 t, 浆料约130 t (水灰比0.8~0.9∶1) , 平均每孔注干粉料约195 kg, 浆料约360 kg, 平均每米注浆干粉料约236 kg, 浆料约437 kg, 具体情况如表1所示。

从注浆量统计结果来看, 滞后工作面20 m, 超前工作面20 m范围内注浆量较大, 单孔约0.925 t浆料, 断层构造区和大型硐室附近注浆量较大, 单孔最大近3 t。从这个结果来看, 新型无机注浆材料较好的解决了破碎围岩漏浆问题, 注浆量较普通水泥浆有极大提高, 可注性可与高分子材料相媲美, 但成本可节约95%以上。

3.2 巷道变形监测与分析

为了评价43132巷新型无机注浆材料加固效果, 在实验范围内布置了5个测点, 采用十字布线法, 在工作面开采过程中监测每个测点的两帮移近量和顶底板移近量。测点编号为1~5#, 分别距离切眼-21 m (切眼后方21 m) 、6 m、36 m、66 m、96 m。

截止目前为止, 长平矿4313工作面已经推进约160 m, 各测点的两帮移近量观测如图3所示, 图示横坐标为测点距工作面的距离, 正值代表测点滞后工作面, 负值表示工作面超前工作面。图示可以看出, 1~4#测点变形已经基本稳定, 1#测点已经滞后工作面143.4 m, 两帮移近量累计为40 mm, 2#测点已经滞后工作面116.4, 两帮移近量累计为130 mm, 3#测点已经滞后工作面86.4, 两帮移近量累计为101 mm, 4#测点已经滞后工作面56.4, 两帮移近量累计为217 mm, 5#测点已经滞后工作面26.4, 两帮移近量累计为77 mm。

巷道各观测断面顶底板移近量观测曲线如图4所示, 可以看出各个测点顶底板变形已基本稳定, 4#测点顶底板移近量最大, 达到466 mm, 主要是由于4#监测断面处底板混凝土路面开裂翘起, 导致移近量较大, 其余各测点顶底板移近量未超过200 mm, 巷道变形是以底鼓为主, 对巷道使用影响不大。

4 结论

晋煤集团长平煤矿3#煤层裂隙发育, 强度较低, 开采强度较大, 采动影响程度较大, 以往采用64 m大煤柱护巷, 巷道变形仍然较为严重, 难以满足下一个工作面开采需要, 4313工作面通过采用新型无机注浆材料, 配合合理的注浆工艺和方法, 起到了良好的加固效果, 取得了良好的技术经济效益。

(1) 减少煤柱29 m, 直接多回收煤炭资源31.67万t, 创造经济价值约1.58亿元, 注浆材料成本仅为1180元/m, 总投入约141.6万元, 而且本次试验也证明煤柱有进一步减少的可能, 产生的经济价值将更大。

(2) 新型联邦加固Ⅱ号较为适合破碎围岩注浆加固, 尤其是表面没有喷浆巷道注浆, 能够很好地解决封孔、漏浆问题。

(3) 巷道变形得到较好的控制, 巷道两帮及顶底板无明显移近, 局部有底鼓现象。最大变形量出现在4#测点, 22天巷道两帮累计移近212 mm, 顶底板累计移近466 mm (主要由底鼓造成) 。

摘要：大采高工作面开采强度大, 采动影响剧烈, 采动影响巷道维护困难, 晋煤集团长平公司通过采用新型无机注浆材料, 配合合理的注浆工艺和方法, 对留巷复用巷道进行注浆加固, 有效的控制了围岩变形, 减少煤柱损失29 m, 取得了良好的技术经济效益。

关键词：大采高,动压,注浆加固

参考文献

[1]钱鸣高.矿山压力与岩层控制[M].中国矿业大学出版社, 2003.

[2]赵斌.注浆堵水加固技术及应用[M].煤炭工业出版社, 1998.

破碎围岩巷道注浆加固技术 第7篇

关键词：破碎围岩,充填,注浆,加固

在破碎煤岩体中掘进巷道, 由于巷道掘进破坏了煤岩体原始平衡状态, 造成围岩应力场重新分布, 围岩原有的各种弱面裂隙发育扩展, 围岩膨胀破碎、变形严重、来压显现剧烈、流变时间加长[1]。如果治理措施采取不合理, 围岩变形将会更为激烈, 围岩破碎范围增大, 再生裂隙进一步发育, 最终将导致支护体破坏失效, 巷道稳定性降低, 严重影响矿井安全生产[2]。

通过注浆加固改善巷道围岩应力状态以及提升围岩的强度, 对其开发和利用围岩的承载性能是一种非常有效的技术手段, 可以充分发挥支护体支护性能, 显著地改良破碎围岩的维护状态和提升巷道的稳定性。

1 注浆材料及性能

为保证注浆加固效果, 考虑到技术成本, 注浆加固材料应满足如下要求:

(1) 一定的抗压强度, 抗剪切性能, 提高围岩自身的承载能力和支护体的工作阻力; (2) 一定的黏结强度, 使松散破碎的岩块重新黏结在一起; (3) 渗透性好, 在围岩裂隙中有良好的扩散性能; (4) 黏度低, 凝结时间可调, 满足机械化泵送注浆要求; (5) 注浆材料应有一定的塑性, 能适应围岩一定的变形量。

使用MBJ高分子聚合材料和高水充填材料进行联合注浆加固, 即可满足上述要求。先使用高水充填材料进行壁后充填, 密实壁后较大裂隙和空洞, 再使用MBJ高分子聚合材料对围岩深层次注浆加固。

MBJ高分子聚合材料是低黏度专门用于地层煤岩层加固和水流迅速封堵产品, 是一种由多种树脂和催化剂混合后反应生成的多元网状密实聚合材料。MBJ高分子聚合材料技术参数如表1所示。

高水充填材料是一种由多种配料在一定配比下混合而成的特种水泥, 固结体有一定的强度, 具有高水灰比、凝结时间快并且可调、价格低廉等特点[3]。高水充填材料的性能如表2所示。

2 注浆设备及工艺

2.1 注浆设备

巷道壁后注浆加固所需要的设备有:矿用双液注浆泵、制浆桶、混料器、矿用高压胶管、吸浆管、封孔器、注浆管。注浆加固系统如图1所示。

2.2 注浆加固工艺

2.2.1 准备工作

(1) 为保证注浆效果, 防止注浆时砌碹巷道碹体出现严重跑浆漏浆, 应在注浆前对碹体进行喷浆处理。如没条件进行喷浆的, 应使用水泥对碹体的裂缝进行封闭处理。

(2) 注浆材料应存放在便于制浆处, 避免因制浆不及时造成吸浆管吸空。高水充填材料的甲乙两种料必须单独存放, 严禁混放, 避免与水接触。

(3) 为保障注浆作业安全, 在碹体破坏严重处周围补打锚杆, 对碹体进行锚固, 防止施工时碹体受浆液压力挤压脱落伤人。

(4) 在注浆位置处设置一个打点器, 便于通知司泵人员开关泵。

2.2.2 注浆施工顺序及技术参数

采用高水充填材料先充填, MBJ高分子聚合材料后注浆加固的施工方法。该方法分为充填和注浆两个阶段, 先充填后注浆。充填阶段分为一次充填和二次充填, 一次充填完成后再打孔进行二次充填。注浆阶段分为一次注浆和二次注浆, 二次充填浆液完全凝结后再开始一次注浆, 二次注浆在一次注浆完毕后再进行。

注浆顺序为从下往上, 先两帮后顶板, 沿巷道轴线方向顺次进行。

充填阶段采用高水充填材料进行充填加固, 加固参数主要有:水灰比、充填浆液压力、充填量、充填孔布置等。具体参数如下:

(1) 水灰比:根据实验室试验结果 (如表2所示) , 结合井下实际施工条件和高水充填材料力学性能, 考虑到充填成本等因素, 确定高水充填浆料的水灰配比为1.5~1.8∶1;

(2) 充填浆液压力:充填时主要先将冒落带或者碹体与巷道围岩之间大的裂隙空间注满, 此时充填浆液压力为1MPa;

(3) 充填量:为满足高水充填材料充填密实碹体与围岩间较大的裂隙空洞, 碹体后应尽可能多的注入高水充填浆液, 原则上充填到不吃浆液为止;

(4) 充填孔布置:为确保高水充填材料能均匀充填壁后较大的裂隙和空洞, 根据壁后充填工程实践, 第一次充填时每5m-8m布置1排充填孔, 间距1500m3000m, 孔径42mm, 孔深1500mm-2000m;第二次补充充填时, 充填孔布置在原两排充填孔排距中间, 其他参数不变;充填管采用塑料管, 管长1200mm-1600mm。

注浆阶段采用MBJ高分子聚合材料对深部围岩裂隙进行密实封堵加固, 加固参数主要有:浆液配比、注浆压力、注浆孔布置等。具体参数如下:

(1) 浆液配比:根据甲乙两种配料的性能特点、高分子聚合物固结时间及材料消耗等因素, 确定高分子聚合物甲乙料的配比为1∶1;

(2) 注浆压力:注浆压力过小, 浆液渗透范围小, 注浆压力过大, 浆液会对巷道围岩和碹体造成破坏, 综合考虑高分子聚合材料注浆压力为3MPa-4MPa;

(3) 注浆孔布置:注浆孔布置的原则主要是保证浆液充满裂隙, 根据工程实践, 第一次注浆加固时, 沿巷道轴线每4m-6m布置一排注浆孔, 间距1600m-2000mm, 孔径42mm, 注浆孔深3000mm-4000mm;第二次补充注浆时, 注浆孔布置在原两排注浆孔排拒中间, 其他参数不变;注浆管采用无缝钢管, 管长2500m-3500m。

3.2.3注浆工艺

断面注浆顺序为先两边后顶部。按预定的材料配比进行制浆, 制好的浆液经吸浆管由注浆泵通过高压胶管泵送至混料器, 混合后的浆液经出浆管、注浆管注入围岩裂隙。

每个注浆循环结束后, 整理充填注浆材料, 清洗前移设备, 再进行下一个作业循环。注浆施工工艺流程如下:标注钻孔→施工注浆孔→安设注浆管及密封件→封孔→连接管路→制备浆料→泵送浆液→浆液凝结→检验注浆质量→清洗设备→整理前移。

3结语

应用破碎围岩巷道注浆加固技术在巷道加固方面有以下作用:

(1) 改善了破碎围岩与碹体的关系, 提高了围岩的强度, 充分发挥了碹体的承载能力。

(2) 高水充填材料充填壁后空间, 高分子材料注浆加固围岩深部裂隙, 充分发挥两种材料的优良特性。

(3) 采用高水充填材料和高分子材料联合注浆加固后, 显著提高巷了巷道围岩的支护效果, 保证了巷道的安全状况, 降低了巷道维护成本, 减少巷道复修率, 延长了巷道的使用年限。

参考文献

[1]侯朝炯, 等.巷道围岩稳定的注浆加固技术[A].中国煤矿软岩巷道支护理论与实践[C].徐州:中国矿业大学出版社, 1996.

[2]张农.巷道滞后注浆围岩控制理论与实践[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2004.