工業(yè)試驗(yàn)實(shí)施方案細(xì)綱
按照一般規(guī)律，工業(yè)試驗(yàn)應(yīng)在實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)和足夠的理論研究結(jié)果出來(lái)之后進(jìn)行。但是，鑒于目前李雅莊礦軟巖大巷居高不下的支護(hù)成本和由于反復(fù)翻修而占據(jù)大量人力、財(cái)力，嚴(yán)重制約著李雅莊礦的經(jīng)濟(jì)效益和勞動(dòng)生產(chǎn)率，迫切需要對(duì)上前的支護(hù)現(xiàn)狀進(jìn)行改革，現(xiàn)依據(jù)已有的理論研究成果和國(guó)內(nèi)外類似條件下的支護(hù)經(jīng)驗(yàn)，擬定出355運(yùn)輸大巷支護(hù)的工業(yè)試驗(yàn)初步方案，在實(shí)施過(guò)程中，根據(jù)根據(jù)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題和支護(hù)質(zhì)量監(jiān)測(cè)結(jié)果，再進(jìn)行進(jìn)一步的修改和完善，即采用施工監(jiān)測(cè)與反饋的設(shè)計(jì)方法，使支護(hù)方案逐步完善。
1、355運(yùn)輸大巷概況
2、掘進(jìn)工藝
355運(yùn)輸大巷采用鉆爆法掘進(jìn)。有關(guān)掘進(jìn)施工工藝、參數(shù)和工序銜接等按原作業(yè)規(guī)程進(jìn)行。
3支護(hù)方案總體設(shè)計(jì)
通過(guò)對(duì)李雅莊礦355運(yùn)輸大巷的初步調(diào)查與分析，認(rèn)為該巷道圍巖具有薄層狀、碎裂、松散、膨脹、強(qiáng)風(fēng)化蝕變和高地應(yīng)力作用等特征，屬于典型的軟巖巷道。以此為依據(jù)，設(shè)計(jì)該巷道的總體支護(hù)方案為：
①為保證今后巷道底臌嚴(yán)重時(shí)清底工作的順利進(jìn)行，在原設(shè)計(jì)斷面的基礎(chǔ)上，將巷道底板向下超挖400mm。
②巷道開(kāi)挖達(dá)到設(shè)計(jì)斷面要求后，立即向圍巖表面薄噴一層（厚約3~4mm）凈水泥漿，以封閉圍巖表面，提高圍巖表面的粘結(jié)力。
③進(jìn)行全斷面錨-梁-網(wǎng)基本支護(hù)。
④加打頂板快速承載小直徑錨索。
⑤對(duì)巷道圍巖進(jìn)行初次噴射混凝土，噴厚40~60mm（預(yù)留錨索孔和注漿孔位置）。以上①—⑤工序必須連續(xù)進(jìn)行。
⑥滯后迎頭40m左右（或掘后30d左右）對(duì)巷道圍巖進(jìn)行注漿加固。
⑦滯后注漿20~30m（或注漿后20~25d），對(duì)巷道全斷面進(jìn)行第二次噴射混凝土，頂、幫噴至設(shè)計(jì)厚度200mm，底板視前期底臌變形量大小噴至原設(shè)計(jì)高度（噴厚—前期底臌量）。$Page_Split$
4 施工技術(shù)與工藝
4·1薄噴凈水泥漿
巷道斷面形成后，立即向圍巖表面薄噴一層凈水泥漿，噴射厚度3~4mm。凈水泥漿水灰比0.44：1，速凝劑摻加量為水泥重量的3%，TY—B型有機(jī)硅防水劑摻量為水泥重量的1.2%。
4·2錨-梁-網(wǎng)基本支護(hù)
①基本支護(hù)的作業(yè)順序：先拱頂，后兩幫，最后底板。
②錨桿參數(shù)：采用霍州礦務(wù)局生產(chǎn)的螺彈劾鋼錨桿。錨桿材料的力學(xué)牲風(fēng)表1所示。錨桿直徑Φ=22mm，錨桿長(zhǎng)度L=2500—3000mm；兩幫和底板錨桿間距800mm，拱部錨桿間距785mm，錨桿排距700mm，巷道周邊共22根基本錨桿，其中底板7根，兩幫各3根，頂拱部9根。
③錨桿鉆孔機(jī)具與鉆孔直第七選擇：采用風(fēng)動(dòng)錨桿鉆機(jī)打頂板錨桿孔，強(qiáng)力煤電鉆（1.5KW）打幫錨桿孔和底錨桿孔。根據(jù)國(guó)內(nèi)外試驗(yàn)研究結(jié)果，當(dāng)使用無(wú)縱筋左旋螺紋鋼錨桿時(shí)，鉆孔直第七與錨桿直第七之差應(yīng)在4~10mm之間；當(dāng)使用帶縱筋月牙肋建筑螺紋鋼錨桿時(shí)，鉆孔直第七與錨桿直第七之差應(yīng)在6~12mm之間。為了獲得較大的錨固力和較好的支護(hù)效果，上述數(shù)值一般應(yīng)取中間偏下值。我國(guó)煤礦上前主要應(yīng)用的鉆孔直徑有Φ28mm、Φ33mm和Φ43mm等幾種。因此，頂板采用Φ27mm鉆頭和Φ19mm六方鉆桿，兩幫和底采用Φ27mm鉆頭和飛龍鉆桿打幫孔和底孔。錨桿孔深為2.5~3.0m（視鉆孔機(jī)具的性能而定，盡量鉆到3.0m深）。
④錨固形式：錨固形式有全長(zhǎng)錨固和端頭錨固兩種。全錨與端錨相比有如下優(yōu)點(diǎn)：第一，在巷道圍巖較破碎的情況下，全錨后圍巖的整體性得到加強(qiáng)，提高。第二，全長(zhǎng)錨固時(shí)，“銷釘作用”使錨桿沿鉆孔的全部長(zhǎng)度范圍內(nèi)的圍巖都受到變形約束，限制了離層現(xiàn)象的發(fā)生，保持了巷道圍巖的穩(wěn)定性。第三，全長(zhǎng)錨固時(shí)鉆孔中沒(méi)有任何空隙，錨固劑和桿體的存在將增加層面間的搞剪能力，減輕層面間相互錯(cuò)動(dòng)現(xiàn)象的發(fā)生，從而提高頂板穩(wěn)定性。第四，全長(zhǎng)錨固有效地提高了錨桿支護(hù)系統(tǒng)的剛度，限制圍巖變形的發(fā)生。因此為了最大限度地發(fā)揮錨桿支護(hù)的作用，采用全長(zhǎng)錨固。
⑤錨固劑及其長(zhǎng)度：采用樹(shù)脂卷錨固劑。樹(shù)脂卷直第七一般應(yīng)比鉆孔直第七小4~6mm，由于鉆孔直徑為28mm，故選擇直徑為23mm的樹(shù)脂卷。
經(jīng)計(jì)算：頂板錨桿錨固劑長(zhǎng)度1.59m
為了保證錨桿盡快獲得錨固力，提高掘進(jìn)速度，需要在鉆孔中裝入兩種速度的樹(shù)脂錨固劑，孔底為一卷快速藥卷，凝膠時(shí)間0.5—1.0分鐘，其余為中速藥卷，凝膠時(shí)間3—4分鐘。在實(shí)際施工中，每孔使用CK2333一卷和Z2388二卷。
底板和兩幫錨桿錨固劑長(zhǎng)度：上前我國(guó)可以用于底板和兩幫錨桿鉆孔的主要設(shè)備是煤電鉆，由于受攪拌力矩的限制，不能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)錨桿全長(zhǎng)錨固。因此，一般采用加長(zhǎng)端頭錨固方式。根據(jù)錨桿桿體極限載荷和樹(shù)脂卷與圍巖的粘結(jié)強(qiáng)度確定錨固長(zhǎng)度2.26M
在實(shí)際施工中，每孔使用CK2333和Z2388各一卷。
⑥托梁、護(hù)網(wǎng)及托板：托梁采用φ16圓鋼焊制的鋼筋梯子梁，兩幫的鋼筋梯子梁長(zhǎng)度為3.5m，拱部和底板的鋼筋梯子梁長(zhǎng)度為5m，在錨桿位置均焊有100mm長(zhǎng)橫撐格。護(hù)網(wǎng)為10#鉛絲編制的普通菱形金屬網(wǎng)。托板的承載能力應(yīng)與錨桿的力學(xué)性能相適應(yīng)，使用中間突出的Φ140×8mm中孔Φ24mm的圓形鋼托板。
⑦錨桿施工工藝：每循環(huán)錨桿支護(hù)的施工工藝為，打頂板中間一個(gè)錨桿眼——鋪設(shè)頂網(wǎng)、鋼筋梯子梁——裝樹(shù)脂卷——安裝中間頂析錨桿——用錨桿機(jī)打其貨幣流通錨桿孔并安裝錨桿——打兩幫錨桿孔，鋪設(shè)護(hù)網(wǎng)、頂梁，安裝錨桿——打底板錨桿孔，鋪設(shè)護(hù)網(wǎng)、頂梁，安裝錨桿。
4·3當(dāng)基本支護(hù)完成以后，立即進(jìn)行頂板快速承載小直徑錨索的施工。試驗(yàn)兩種錨索布置方案。方案一：在巷道拱頂軸線上和距巷道拱頂軸線向兩邊各1.8m處布設(shè)三道錨索，錨索行距1.8m，排濾2.1m，喬三根。方案二：在距巷道拱頂軸線向兩邊各1.1m，錨索行距2.2m，排距2.1m，每排兩根，礦壓觀測(cè)結(jié)果分析后，決定取舍和進(jìn)一步修改。
錨索為單根鋼絞線的小錨索，錨索規(guī)格為Φ15.24mm的7股低松弛鋼絞線。用國(guó)產(chǎn)風(fēng)動(dòng)錨桿鉆機(jī)打錨索孔，錨索孔直徑28mm。托梁為14#槽鋼，每節(jié)長(zhǎng)度2.3m。預(yù)應(yīng)力自由錨索在結(jié)構(gòu)上可分為錨固段、自由估和孔口固鎖段三部分。鋼絞線長(zhǎng)10.0m，錨索孔深9.5m，外露0.5m。按錨固劑與圍巖（煤）的最小粘結(jié)力和錨索的破斷載荷估算錨固段長(zhǎng)度及用Φ23的樹(shù)脂卷長(zhǎng)度。
在實(shí)際施工中，每孔使用1卷K2333卷，其余為Z2388卷。
擇 卷攪拌后1小時(shí)就可上好槽鋼和外錨具張拉預(yù)緊，為使錨索產(chǎn)生足夠張力，用專用張拉泵張拉錨索，井下常用的張拉泵型號(hào)為：YBZ2×0.5-63，其主要性能指標(biāo)為：額定壓力63Mpa，額定流量2×0.5L/min。在實(shí)際施工中，預(yù)緊力以100KN為宜。
4·4初次噴射混凝土
基本支護(hù)完成后，立即對(duì)巷道全斷面圍巖表面進(jìn)行初次噴射混凝土，噴層厚40~60mm（預(yù)留錨索孔和注漿孔位置）。噴漿材料、噴漿技術(shù)與工藝按原作業(yè)規(guī)程進(jìn)行，但在原噴漿材料中加入TY—B型有機(jī)硅防水劑，摻量為水泥用量的1.1%~1.4%（或每立方混凝土摻防水劑5Kg）。實(shí)驗(yàn)表明，在水泥砂漿中按一定比例摻入防腐水劑，可使搞水壓能力達(dá)到1.2NPA，而未摻防水劑的搞水壓能力為0.6Mpa左右，搞壓強(qiáng)度比普通水泥砂漿高72%，搞彎強(qiáng)度可提高約94%。
有機(jī)硅防水劑在硅酸鹽類建筑材料中的防水機(jī)理為：有機(jī)硅防水劑的主要萬(wàn)分是甲基硅醇鈉，在水和二氧化碳作用下，生成甲基硅醇。反應(yīng)生成碭硅醇基（3SI-OH）很活潑，一方面能進(jìn)一步反應(yīng)，縮合成高分子化合物——網(wǎng)狀有機(jī)硅樹(shù)脂膜（體型結(jié)構(gòu)具有憎水性）。另一方面由于硅酸鹽建筑材料表面含有很多硅醇基，這些硅醇基能與防水劑的硅醇基反應(yīng)脫水交聯(lián)，而使其表面鍵合上徑基（憎水基），從而使其結(jié)構(gòu)完全等同于有機(jī)硅樹(shù)脂，降低表面張力，使水的接觸角增大（105°左右），實(shí)現(xiàn)“反毛細(xì)管效應(yīng)”，即建筑材料的表面張力降低到甲基硅醇鈉的表面張力水平，這就防止了水以液態(tài)形式滲入到工程材料的內(nèi)部，具有高效防水作用。而空氣和水汽可無(wú)阻礙地通過(guò)防水膜滲透出來(lái)，故仍可保持工程材料的透氣性能。
有機(jī)硅防水劑在非硅酸鹽建筑材料中的防水機(jī)理：因水溶性甲基硅醇納具有堿性和離子的特征，它可以從非硅酸鹽材料——石灰石（CACO3）中浸出少量碳酸鹽離子，然后再發(fā)生取代反應(yīng)生成化學(xué)鍵，甲基硅醇納中甲基鍵合到了石灰石表面，從而使石灰石表面具有憎水性，也同樣產(chǎn)生防水效果。
4·5巷延圍巖注漿加固
4.5.1注漿加固的技術(shù)原理
從灌壓粘土漿開(kāi)始，注漿技術(shù)已有200年歷史，注漿用于井下巷道也已有近百年。60年代以后，隨著注漿技術(shù)的發(fā)展，特別是漿液材料的多樣化和效能的突飛猛進(jìn)，注漿技術(shù)在地下工程，也包括在煤礦中的應(yīng)用就更為普遍，它在煤礦井直一般可以用于堵水、滅火、密封瓦斯以及對(duì)軟巖和構(gòu)造破碎層進(jìn)行加固，處理圍巖冒落塌坍事故，進(jìn)行巷道修復(fù)等。近20年，由于現(xiàn)代支護(hù)理論的進(jìn)步和注漿加固能力的提高，圍巖注漿加固的巷道穩(wěn)定技術(shù)在原蘇聯(lián)、德國(guó)等地開(kāi)始研究和應(yīng)用。
注漿加固圍巖的巷道穩(wěn)定技術(shù)，是一種在巷道中滯后作業(yè)的后注漿技術(shù)。它與在巷道破碎圍巖地段的修復(fù)工作不同，這種注漿工作是在巷道沿未穩(wěn)定的過(guò)程中進(jìn)行的，是為巷道進(jìn)一步穩(wěn)定提供更好的圍巖條件。
圍巖的性質(zhì)和巷道開(kāi)挖后圍巖的狀態(tài)是巷道穩(wěn)定的重要因素，由開(kāi)挖所造成的圍巖高應(yīng)力中的相當(dāng)一部分可由圍巖本身承擔(dān)。一旦巖體被破壞而喪失強(qiáng)度，它不公不能成為巷道的穩(wěn)定因素，反而會(huì)成為支護(hù)的載荷。注漿加固就是在巷道開(kāi)掘后圍巖變形尚未穩(wěn)定時(shí)，利用漿液來(lái)充填和固結(jié)被破壞了的或者是原有的裂隙面，提高巖體強(qiáng)度，充分發(fā)揮巖體的承載能力，參與巷道圍巖內(nèi)應(yīng)破裂后注漿體固結(jié)強(qiáng)度可以達(dá)1~6Mpa，這個(gè)數(shù)量和目前各種支護(hù)強(qiáng)度（包括砼碹和U型鋼支護(hù)）相比要高出5~10倍。因此，它是一種經(jīng)濟(jì)而有效的巷道穩(wěn)定手段。
巷道開(kāi)掘以后，由于應(yīng)力集中和應(yīng)力狀態(tài)的改變，造成圍巖因壓力過(guò)大而出現(xiàn)變形和破壞，一方面由于圍巖的強(qiáng)度降低產(chǎn)生較大的張開(kāi)裂隙，同時(shí)又導(dǎo)致圍巖的變形和破壞進(jìn)一步惡化并向深處發(fā)展，如此反復(fù)，直至實(shí)現(xiàn)新的平衡，這一過(guò)程根據(jù)巖石性質(zhì)不同，可能要持續(xù)一、二個(gè)月或者更長(zhǎng)的時(shí)間。對(duì)于一些相當(dāng)軟弱的巖石，由于巖石沒(méi)有其它的強(qiáng)度能力補(bǔ)充，也會(huì)出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間不能穩(wěn)定的情況。顯然，在巷道穩(wěn)定的過(guò)程中恢復(fù)破裂后的巖石強(qiáng)度，為圍巖提供足夠的平衡能力，就能抑制圍巖平衡過(guò)程中的進(jìn)一步變形和破壞。當(dāng)然，圍巖平衡狀態(tài)不同，巖石的破裂程度不同，注漿加固的條件和要求就不一樣，最終的加固效果也不相同。因此，根據(jù)圍巖變化過(guò)程和注漿回固的能力，考慮圍巖變化的動(dòng)態(tài)影響，造反合適的加固時(shí)機(jī)，對(duì)于注漿加固的巷道穩(wěn)定技術(shù)來(lái)說(shuō)是一個(gè)重要的技術(shù)因素。$Page_Split$
4·5·2注漿加固時(shí)機(jī)選擇的原理
按現(xiàn)代支護(hù)理論，巷道圍巖穩(wěn)定后的變形大小主要和圍巖的破壞程度與破壞范圍大小有關(guān)，而圍巖的破壞程度和破壞范圍大小除了和巖體原來(lái)的強(qiáng)度和圍巖應(yīng)力大小有關(guān)外，還和支護(hù)強(qiáng)度和支護(hù)作用時(shí)間有關(guān)。有效地進(jìn)行注漿加固的先決條件是：①漿液能夠在圍巖中均勻地流動(dòng)滲透到達(dá)一定的范圍；②注漿后能夠明顯地提高圍巖的強(qiáng)度和整體承載能力。漿液在巖體中的流動(dòng)滲透取決于巖體中的裂隙發(fā)育和應(yīng)力分布情況；固結(jié)巖體強(qiáng)度的大小取決于漿液的強(qiáng)度和自身的強(qiáng)度。
①考慮漿液易于滲流。隨著掘進(jìn)工作面向前推進(jìn)，巷道圍巖裂隙發(fā)育有個(gè)過(guò)程。在不同時(shí)間注漿漿液滲入圍巖的難易程度不同。巖石滲透試驗(yàn)表明，在多數(shù)情況下，巖石裂隙發(fā)育程度（滲透性）最好的狀態(tài)，既不在強(qiáng)度峰值，也不在完全破壞后的殘余強(qiáng)度階段，而是在強(qiáng)度峰值后的某個(gè)位置上，這個(gè)位置是既有利于注漿，又有利于達(dá)到加固效果的狀態(tài)。
靠近掘進(jìn)工作面裂隙張開(kāi)度小、間距大、密度小、巖體相對(duì)完整。隨后裂隙不斷發(fā)育，張開(kāi)度可達(dá)8—10mm以上，間距變小，巖體逐漸破壞。當(dāng)離開(kāi)掘進(jìn)頭更遠(yuǎn)時(shí)，圍巖進(jìn)一步變形破壞，裂隙密度增加幅度緩慢，或基本不變，但裂隙張開(kāi)度明顯變化，呈閉合的細(xì)線型。從裂隙發(fā)育的基本規(guī)律可以看出，由于掘進(jìn)迎頭附近裂隙未充分發(fā)育，故漿液較難滲入圍巖，若在迎頭附近注漿，對(duì)注漿壓力、封孔要求等都要提高，并且與掘進(jìn)工作相互影響，難于實(shí)現(xiàn)有效的注漿。注漿滯后掘進(jìn)工作面一個(gè)合理的距離，在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)圍巖裂隙發(fā)育最充分，巷道圍巖應(yīng)力釋放，趲低就力的平衡狀態(tài)，漿液易于滲入圍巖，對(duì)注漿材料性能和工藝的要求相對(duì)較低，注漿有利于降低對(duì)固結(jié)材料的強(qiáng)度和變形性能的要求。滯后時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，裂隙趨向閉合，圍巖進(jìn)一步破壞并向深部發(fā)展，對(duì)注漿不利。
②考慮注漿固結(jié)體強(qiáng)度。注漿時(shí)間越早，注漿加固體及時(shí)起作用，圍巖破壞變形小，圍巖強(qiáng)度損失相對(duì)較少，維持巖石的強(qiáng)度水平越高，顯然對(duì)圍巖變形的抑制能力也越高，巷道也越易穩(wěn)定。但是，由于此時(shí)圍巖的本身強(qiáng)度相對(duì)較高，和圍巖強(qiáng)度相匹配的漿液強(qiáng)度也要求相對(duì)較高，為滿足漿液固結(jié)體的承載能力和變形能力都能和較長(zhǎng)時(shí)間的應(yīng)力和較大的變形要求相適應(yīng)，這就要求漿液有更高的強(qiáng)度與變形性能及良好的滲透性能。
如果漿液性能較低，則可適當(dāng)把注漿時(shí)間推遲。由于圍巖破裂后承載能力的降低，圍巖的內(nèi)應(yīng)力也相識(shí)降低，固結(jié)的巖體可以在這種低應(yīng)力狀態(tài)下參與圍巖的平衡過(guò)程，由于圍巖的剩余變形相對(duì)較小，所以漿液所需適應(yīng)固結(jié)后的一般情況下，圍巖強(qiáng)度隱低越嚴(yán)重，固結(jié)巖體的強(qiáng)度也越低，對(duì)控制巷道后期變形的“儲(chǔ)備”也越小。如果圍巖自身強(qiáng)度喪失殆盡，也就難以再靠對(duì)其注漿來(lái)恢復(fù)強(qiáng)度和維持巷道的穩(wěn)定。因此注漿時(shí)間不能滯后太長(zhǎng)，以保證圍巖本身有足夠的強(qiáng)度。
如果圍巖比較軟習(xí)，注漿的加固強(qiáng)度高，則注漿時(shí)間相應(yīng)要早，盡量及早發(fā)揮注漿加固效果，比如在松軟煤層中注漿加固易及早進(jìn)行。如果注漿固結(jié)體的這形條件好（彈性模量小，或韌性大），因固結(jié)體可以在較長(zhǎng)時(shí)間里工作，適應(yīng)較大的變形，則也應(yīng)及早注漿。
綜上所述，注漿時(shí)間的選擇要考慮圍巖的考慮裂隙的發(fā)育程度、漿液固結(jié)的巖體強(qiáng)度、所需控制的圍巖變形量及注漿工藝等因素。
2）注漿加固時(shí)機(jī)的確定
根據(jù)巷道的一般變形規(guī)律，掘后2~3d內(nèi)完成其最終變形量的5%~15%，此時(shí)注漿絕大部分后續(xù)變形將由于圍巖被加固而受到有效抑制。應(yīng)該說(shuō)，注漿越及時(shí)，其可能的效果越好。但新掘出巷道圍巖破壞較小，強(qiáng)度相對(duì)較高，要求固結(jié)裂隙的漿液固結(jié)體及粘結(jié)強(qiáng)度相對(duì)較高，滲透性能相對(duì)要強(qiáng)，同時(shí)還應(yīng)有較大的變形能力以適應(yīng)圍巖在整個(gè)服務(wù)期內(nèi)的變形量。
根據(jù)巷道圍巖變形的時(shí)間規(guī)律，能夠估計(jì)出圍巖重新穩(wěn)定的平衡時(shí)間，實(shí)際注漿時(shí)間應(yīng)該在此之前，即早于圍巖實(shí)現(xiàn)平衡過(guò)程所需的時(shí)間。根據(jù)這一條件可以獲得一些簡(jiǎn)單的理論結(jié)果，或根據(jù)實(shí)測(cè)的巷道變形規(guī)律，可以計(jì)算出注漿滯后掘進(jìn)時(shí)間。根據(jù)這種方法估算出的滯后時(shí)間大約在20~30d時(shí)間范圍內(nèi)。
當(dāng)變形規(guī)律或一些參數(shù)不易確定而不能估算時(shí)，經(jīng)驗(yàn)的滯后時(shí)間一般確定在圍巖裂隙發(fā)展趙于穩(wěn)定或變形速度變慢后，這大約要求在掘進(jìn)工作面施工后30d前后進(jìn)行，這個(gè)時(shí)間里巷道變形量占總變形量的50%~80%。
據(jù)有關(guān)資料介紹，滯后迎頭90~120m時(shí)裂隙充分發(fā)育，以后裂隙有被壓實(shí)的趨勢(shì)。理論上講，滯后迎頭90~120m注漿漿液易于滲透，但此時(shí)注漿由于圍巖變形已經(jīng)充分，并趨于穩(wěn)定，錨桿的錨固力難以隨著注漿而有所增加，對(duì)于早期控制圍巖變形不利。因此確定注漿工作滯后迎頭40m左右。在時(shí)間上滯后30d左右。
應(yīng)當(dāng)指出，注漿時(shí)間的選擇還要考慮圍巖自然裂隙發(fā)育條件。一般在泥巖中注漿顯然要比在砂巖中注漿困難的多，特別是一些泥巖或砂質(zhì)泥巖，即使有要通過(guò)實(shí)際試驗(yàn)和測(cè)試，選擇出合理的注漿時(shí)間。
4·5·3注漿加固深度的確定
注漿深度是控制巷道變形的主要因素之一。注漿深度越深，穩(wěn)定巷道變形的能力也越高。但由于深部圍巖的完整性較好，強(qiáng)度較高，過(guò)深的注漿既沒(méi)有意義，進(jìn)漿也困難。因此一般考慮滲透條件和注漿孔的施工方便，注漿深度略超過(guò)圍巖裂隙發(fā)育的深度為界。
裂隙的發(fā)育深度可以通過(guò)深孔多點(diǎn)位移計(jì)測(cè)量確定，或者用超聲波巖石參數(shù)測(cè)定儀測(cè)定的松動(dòng)圈厚度作為注漿深度。
翻修巷道的注漿加固深度常與破碎圍巖一致。對(duì)于一些圍巖破壞嚴(yán)重或長(zhǎng)期不穩(wěn)定不斷挖幫、臥底的巷道，其注漿深度應(yīng)更深一些，通常采用3~4m的深孔注漿。常有些試驗(yàn)巷道因沒(méi)有砼噴層封面，也采用加深孔眼，采用深封也的辦法來(lái)瓶少跑漿損失。在現(xiàn)場(chǎng)和實(shí)驗(yàn)室測(cè)試之前，暫按經(jīng)驗(yàn)取值。
裂隙發(fā)育深度的經(jīng)驗(yàn)公式：ry=(0.78+2.13УH/Rc)·a=(0.78+2.13×9.45/15)×2.5=5.3m
式中，УH—巖石容重與巷道埋深乘積，取У.7g/cm3，H=350m，УH=9.45Mpa；Rc—巖石單軸抗壓強(qiáng)度，取圍巖的平均值15Mpa；a—巷道半徑，取2.5m。因此，裂隙發(fā)育范圍為2.8m。
漿液擴(kuò)散半徑是巷道斷面注漿錨桿布置的重要參數(shù)。漿液擴(kuò)散半徑受注漿壓力、注漿液粘度、粒度等流動(dòng)性能，裂隙張開(kāi)度、產(chǎn)狀及分布特征，注漿工藝等因素影響十分復(fù)雜，有待進(jìn)一步進(jìn)行理論研究。圍巖的綜合滲透系數(shù)只有通過(guò)實(shí)測(cè)來(lái)確定。根據(jù)其它礦區(qū)的實(shí)測(cè)結(jié)果，漿液擴(kuò)散半徑一般為0.5~3.0m，不同眼孔，眼孔周；這不同方向，變化都較大。為此在工藝上采取密布眼，眼排距和單孔擴(kuò)散范圍相近，為1.5~2.5m，用間隔交替的注漿方式，保證各處圍巖至少有一個(gè)眼孔能夠注上漿?？紤]基本錨桿排距為0.7m，每三排基本錨桿間布置一排注漿孔，確定注漿孔排距為2.1m?？紤]目前常用的鉆桿長(zhǎng)度，注漿孔深度一般不超過(guò)2.5m。若能在試驗(yàn)中采取措施，使注漿孔深度達(dá)到3.0m，將會(huì)取得更好的加固效果。在試驗(yàn)過(guò)程中根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。
4·5·4注漿孔布置
在巷道全斷面鉆孔注漿，將會(huì)形成封閉的加固承載圈，取得良好的加固效果。由于注漿加固工作中鉆眼的工作要占到全部工作量的三分之一以上，在盡可能的條件下，確定合理加強(qiáng)區(qū)域，將會(huì)起到事半功倍的效果。
巷道兩幫底角圍巖是巷道受力最大的部位之一，是通過(guò)兩幫壁圍巖承受巷道頂板載荷的受力基礎(chǔ)。巷道兩幫邊同底角圍巖失去橫向支撐而向巷內(nèi)擠入，直接造成巷道斷面的減少和底板臌起。巷道底臌量大的原因還包括幫角失穩(wěn)后兩幫圍巖的下沉和進(jìn)一步擠入巷道底板所引丐的增加。因此注漿加固圍巖應(yīng)首先注意巷道底角圍巖的加固效果。
由于巷道兩幫圍巖是支撐頂板部位，如果兩幫變形破壞嚴(yán)重，就會(huì)引起頂板進(jìn)一步下沉，從而增加頂部下沉造成的荷載增加和承力范圍的增大，給巷道底角造成重大的壓力。分析表明，兩幫巖石隨荷載增加的下沉和巷道底臌大小有線性關(guān)系，因此加固兩幫壁圍巖可以獲得雙重作用。
已有較多的加固底角和兩幫圍巖而取得了較好效果的實(shí)例，特別是在軟巖巷道中的試驗(yàn)。在軟巖巷道中采用加固底角和兩幫的方法，還避免了在頂板堅(jiān)硬層中鉆注漿眼的困難。因此，考慮加固效果和經(jīng)濟(jì)效益，試驗(yàn)中注漿孔布置考慮兩種方案。
方案Ⅰ：在兩幫、兩底角和底板布置注漿孔。巷道兩幫和兩底角是圍巖塑性區(qū)首先發(fā)展的部位，控制好兩幫和兩底角有利于巷道的整體穩(wěn)定。為減少注漿工作量和節(jié)省注漿材料，僅在兩幫、兩底角和底板進(jìn)行注漿。考慮到巖體漿液滲透距離，便于注漿孔施工和進(jìn)行注漿工作，設(shè)計(jì)的注漿孔布置：底板三個(gè)注漿孔，兩幫各一個(gè)注漿孔，兩底角各一個(gè)注漿孔。注漿孔排距2.1m，即每三排基本錨桿布置一排注漿孔，注漿孔長(zhǎng)度均為3.0m，注漿布置在兩排基本錨桿的中間。
方案Ⅱ：為進(jìn)一步控制巷道拱部圍巖的變形，實(shí)行全斷面封閉注漿，設(shè)計(jì)的注漿孔布置。在方案Ⅰ的基礎(chǔ)上，在拱部增加5個(gè)注漿孔。注漿孔的排距與孔深與方案Ⅰ相同。方案Ⅱ比方案Ⅰ消耗的注漿材料和注漿工作量要多一倍以上，但圍巖的承載能力和搞變形特性將會(huì)有很好的改善。在試驗(yàn)中，如果方案Ⅰ能達(dá)到預(yù)期的效果，將不采用方案Ⅱ。
另外，可以考慮將方案Ⅰ中的三根錨索與方案Ⅱ中的全斷面注漿相結(jié)合形成方案Ⅲ，將方案Ⅱ中的兩根錨索與方案Ⅰ中的僅在兩幫、兩底角和底板進(jìn)行注漿相結(jié)合形成方案Ⅳ。通過(guò)試驗(yàn)，在方案Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ中選取最佳組合。
4·5·5注漿孔施工
根據(jù)設(shè)計(jì)的鉆孔參數(shù)、孔口位置、注漿孔深度和方位等用M1.5KW強(qiáng)力煤電鉆打注漿孔。先用Φ43mm麻花鉆打1.0m，再用2.4m長(zhǎng)飛龍鉆桿接長(zhǎng)鉆至設(shè)計(jì)深度，并將鉆孔內(nèi)積水、巖悄吹洗干凈，鉆孔完成后，安裝注漿錨桿。
4·5·6注漿錨桿
注漿錨桿采用1/2英寸無(wú)縫鋼管制作，長(zhǎng)度按需要確定，長(zhǎng)度=鉆孔長(zhǎng)度+100mm。錨固段長(zhǎng)1.0m，尾部螺紋段長(zhǎng)100mm。錨桿外徑21.24mm，內(nèi)徑15mm，注漿段有若干交叉射漿小孔，將錨桿前端砸扁。注漿錨桿搞屈服能力為60.5KN，搞破沁能力為105KN。
4·5·7封孔
常用的封孔方法有四種
①采用布袋封孔，用風(fēng)筒制作布袋，布袋直徑比鉆孔直徑大5~10mm，孔打好后，將布袋套在注漿管的孔口錨固段（長(zhǎng)1.0m），將布袋兩端扎緊，外端留一小口，用注漿泵注入漿體，撐起風(fēng)筒布袋，封孔長(zhǎng)度1m，等封孔段漿體反應(yīng)凝固到一定強(qiáng)度后，約30min，即可進(jìn)行注漿。這種封孔方式適應(yīng)性強(qiáng)，對(duì)注漿孔口要求不高，但不能完全回收，丟失管材，增加成本。對(duì)于本項(xiàng)研究，由于注漿管采用外錨內(nèi)注，也起錨桿作用，按設(shè)計(jì)也不回收，因此不存在丟失管材的問(wèn)題。
②采用空心式快硬膨脹水泥藥卷封孔。在注漿管距孔口1m處（焊接擋壞）纏廢舊布帶或黃麻，把快硬膨脹水泥藥卷串在錨桿錨固段。封孔長(zhǎng)度1m，空心式快硬膨脹水泥藥卷規(guī)格為內(nèi)徑23mm、外徑38mm、長(zhǎng)250mm，搗實(shí)后長(zhǎng)180mm，每根注漿錨桿（孔）用5個(gè)藥卷。然后把錨桿邊同藥卷浸入水桶中5~10sce鐘后，將其送入鉆孔中，再用沖壓管沖搗藥卷，使藥卷均勻地把錨桿與鉆孔巖壁緊密地錨固為一體，實(shí)現(xiàn)封孔。沖壓管用1英寸鋼管制作，頂端燭有厚度為10mm、外徑40mm、內(nèi)徑33.5mm的擋圈，沖壓管長(zhǎng)度有1M和2M兩種。具體封孔方法為：A、去掉水泥藥卷的逆料套和紙?zhí)滋祝瑥乃嗨幘淼奈膊堪鸭埻残境榈?，?/span>5卷水泥藥卷依次串在錨固注漿管上，頂信注漿錨桿擋環(huán)。B、手拿錨桿，把藥卷浸在水桶的水中5~10sce鐘，將浸過(guò)水的藥卷邊同錨桿直送入注漿錨桿孔內(nèi)，將錨桿端頭頂?shù)窖鄣住?/span>C、用沖壓管套上錨桿，頂緊藥卷，然后用大錘用力沖擊壓管10次以上，使整個(gè)藥卷均勻地與錨桿眼巖石面相接觸，抽出沖壓管。
這種封孔方法具有施工簡(jiǎn)便、效果可靠、成本低的特點(diǎn)。密封段同時(shí)又是錨固段，一舉兩得。
③采用棉線封孔。在注漿錨桿孔口1.0m段內(nèi)纏繞至適當(dāng)厚度，然后用重錘將錨桿打入孔內(nèi)，即可起到封孔作用。
④采用膠脹式封孔器封孔。膠脹式封孔器封孔屬于復(fù)用式封孔方法，通過(guò)旋轉(zhuǎn)外部手柄上緊螺母，擠壓環(huán)形高彈力橡膠，橡膠環(huán)向膨脹撐住孔壁，達(dá)到封孔目的。反向旋轉(zhuǎn)手柄擴(kuò)松螺母，橡膠恢復(fù)彈性變形，實(shí)現(xiàn)卸除。該種封孔器孔徑比注漿孔徑略小，一般為φ38~40mm，但由于孔口成形不好?？妆谄扑轫肥怀?，有些孔眼不能順利放入，或者孔辟松散，孔徑大，封孔效果不好，因此對(duì)孔口段條件要求較高，僅適應(yīng)于部分巖巷和煤巷注漿。優(yōu)點(diǎn)是可以復(fù)用，減少注漿成本。
在試驗(yàn)過(guò)程中，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的條件和工人的使用情況，從以上四種封孔方法中摸索出一種適宜李雅莊礦的操作工藝簡(jiǎn)單、封孔效果好的方法進(jìn)行推廣使用。$Page_Split$
4·5·8注漿材料的選擇與漿液配制
在煤礦巷道加固圍巖注漿方面常用的注漿材料有以下幾種：
1）單液水泥類。以水泥或水泥中加入一定量的附加劑為原材料，用水配制成漿液，采用單液系統(tǒng)注入。常用普通硅酸鹽水泥（425#或525#）添加速凝劑漿液，水灰比為0.75：1~1：1，速凝劑添加量一般為水泥用量的3%。這種漿液材料來(lái)源廣，價(jià)格低，結(jié)石體強(qiáng)度高，但存在水泥顆粒粗，可注性差，凝結(jié)時(shí)間長(zhǎng)且不易準(zhǔn)確控制，漿液易沉淀淅水，結(jié)石率低等缺點(diǎn)。
根據(jù)注漿材料選用原則和井下巷道圍巖特性，徐州礦務(wù)局旗山礦曾在-585m巖層皮帶機(jī)軌道大巷（埋深600m，以砂質(zhì)泥巖，雜質(zhì)泥巖為主，采用鋼絲繩錨噴支護(hù)，拱形斷面，凈寬4.0m，凈高3.2m，凈斷面11.2m2）選用普通硅酸鹽水泥漿，摻入一定量的BR—CA增強(qiáng)防水劑。實(shí)驗(yàn)漿液及試快均在養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)，水泥標(biāo)號(hào)425#。
這種注漿材料具有下列主要特點(diǎn)：
①漿液凝膠體搞壓強(qiáng)度高。水泥+BR—CA增強(qiáng)防水劑漿材的早期強(qiáng)度比純水泥漿材提高95%以上，終期（28d）搞壓強(qiáng)度比純水泥漿材提高16%~90%。隨著BR—CA增強(qiáng)防水劑用量的比例增大，早期強(qiáng)度和終期強(qiáng)度也隨著增加。
②隨著BR—CA增強(qiáng)劑用量比例的增加，漿液結(jié)石率明顯提高，粘度隱低，流動(dòng)性好，凝膠時(shí)間明顯縮短。
③該漿液比純水泥漿的可注性和流動(dòng)性好。
④該漿液成本低廉，來(lái)源廣泛。
在徐州礦務(wù)局旗山礦-585m巖層皮帶面軌道大巷試驗(yàn)中采用“水泥+BR—CA增強(qiáng)防水劑”漿液的水灰比為1：1，其中BR增強(qiáng)粉占水泥用量的15%，CA專用粉占水泥用量的4%。
2）水泥—水玻璃雙液漿。以水泥和水玻璃為主劑，按一定比例，采用雙液方式注入，其結(jié)石率較高，可注性比水泥好，膠凝時(shí)間短且易控制，但結(jié)石體強(qiáng)度較低。
在圍巖加固工程中，為了減少跑漏漿，提高壁后充填漿液快凝早強(qiáng)，使充直層盡快提供一定的支護(hù)阻力，淮南礦務(wù)局謝橋礦曾在東風(fēng)井回風(fēng)巷（布置在-440m水平的風(fēng)化帶巖層中）的加固工作中采用水泥-水玻璃雙液漿，水泥為新鮮525#普通硅酸鹽，水泥漿水灰比為0.75：1，使用的水玻璃模婁為2.8~3.5，玻鎂度35~40BE′，水泥漿與水玻璃的體積比為1：0.6。這種漿無(wú)毒，搞摻性能較好，凝膠時(shí)間在37S至3MIN44S之間可調(diào)。
圍巖深部加固注漿采用525#普通硅酸鹽水泥，其水灰比為0.75：1，加入BR—CA填加劑，其中BR增強(qiáng)封水劑摻量為水泥重量的20%，CA專用粉摻量為水泥重量的5%。
3）化學(xué)漿液。常用的化學(xué)漿液主要有丙烯酰胺類、聚氨酯類漿液。這類漿液滲透性好，凝膠時(shí)間可調(diào)，主要缺點(diǎn)是凝膠體強(qiáng)度低，成本高。近年發(fā)展起來(lái)的樹(shù)脂材料具有高強(qiáng)度粘結(jié)性的優(yōu)點(diǎn)，但價(jià)格昂貴，在煤礦巷道中一般不宜采用。
4）高水速凝材料。以中國(guó)礦大研制的ZKD高水速凝材料為代表，其主要特點(diǎn)是它可以速凝成具有一定強(qiáng)度的固結(jié)體，水灰比調(diào)節(jié)范圍大，可以在高的水灰比條件下固結(jié)而不淅水，漿液流動(dòng)性好，滲透性強(qiáng)，材料本身固結(jié)后塑性好，高水條件下具有微膨脹性，成本較低。
ZKD高水速凝材料的性能。漿液材料的性能主要是指在不同水灰比條件下漿液的凝結(jié)時(shí)間、固結(jié)強(qiáng)度、變形特性等。ZKD高水速材料具有以下主要性能：
①該材料由甲乙兩種固體粉料組成，配制的漿液為雙液漿。
②含水性高，水與固體粉料體積比含水率為87%~90%，重量水灰比為2.2：1~2.5：1。
③材料具有可注性。甲乙兩種固料粉配制成兩種溶液，可放置24小時(shí)以上不凝固、不結(jié)底。
④材料具有速凝性。甲乙兩種漿液混合后開(kāi)始凝固，婁分鐘后即可凝結(jié)成固體。
⑤漿液速凝早強(qiáng)。一天的搞壓強(qiáng)度占最終強(qiáng)度（28天強(qiáng)度）的50%~60%，3天可達(dá)70%~80%，7天達(dá)90%以上，早期強(qiáng)度高，固結(jié)體能夠及時(shí)承載，阻止圍巖的進(jìn)一步變形破裂，有利于巷道維護(hù)。
⑥漿液的強(qiáng)度隨水灰比增大而隱低，當(dāng)水灰比大于2.0：1以后，強(qiáng)度呈直線下降。
⑦漿液性能受溫度影響。初凝時(shí)間隨凝結(jié)時(shí)溫度的增高而減少，強(qiáng)度則隨溫度的增高而提高。
⑧固結(jié)體塑性好，典型試塊的確變形曲線表明試塊受力超過(guò)峰值后變形曲線的斜率小，最終殘余強(qiáng)度能維持在2Mpa，最終變形量可達(dá)8%。
⑨該材料的固體顆粒粒度比水泥小，能通過(guò)張開(kāi)度超過(guò)0.1mm的裂隙通道，滲透性好，注漿及泵送過(guò)程中不沉淀，不淅水。
從以上的主要性能可知，用ZKD高水速凝材料注漿，不僅能及時(shí)有效地固結(jié)破碎巖體，而且能適應(yīng)圍巖的較大變形。
ZKD高水速凝材料參數(shù)的確定：試驗(yàn)可以選用中國(guó)礦業(yè)大學(xué)研制，石家莊市特種水泥廠生產(chǎn)的ZKD主、配料分裝的二級(jí)高水速凝材料或鄭州水泥廠生產(chǎn)的新型高水速凝材料。為確定井下試驗(yàn)時(shí)漿液的合理配比，取石家莊市特種水泥廠生產(chǎn)的ZKD主、配料樣品進(jìn)行材料配比試驗(yàn)。
水灰比對(duì)強(qiáng)度影響很大，在20℃養(yǎng)護(hù)條件下水灰比從1.8：1增大到2.0：1和2.25：1時(shí)，2小時(shí)強(qiáng)度分別隱低了42%和55%，3天強(qiáng)度分別隱低了34%和49%，最終強(qiáng)度也有較大的衰減。因此井下試驗(yàn)時(shí)水灰比不宜超過(guò)1.8：1?？紤]井下作業(yè)環(huán)境溫度一般為20℃左右，雙液混合后注入到孔內(nèi)的時(shí)間不超過(guò)20分鐘，及注漿過(guò)程中有一定量的水灑入巷道內(nèi)等因素，
確定水灰比為1.6：1，初凝時(shí)間控制在15分鐘。
取鄭州水泥廠生產(chǎn)的新型高水速凝材料進(jìn)行的小康礦煤塊（試件尺寸100×100×100mm），與高水速凝材料漿液膠結(jié)強(qiáng)度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
綜合上述三種材料特性，考慮李雅莊礦軟巖大巷的實(shí)際情況，為保證技術(shù)上的加固效果和注漿材料的成本，初步確定首先采用普通硅酸鹽水泥，摻入適量的TY—B有機(jī)硅防水劑或BR-CA增強(qiáng)防水劑和速凝劑制成水泥漿，試驗(yàn)20M，再用水泥漿和水玻璃配制成雙液漿，試驗(yàn)20m，在進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較的基礎(chǔ)上確定今后推廣應(yīng)用的注漿材料及其配比。
4·5·8注漿壓力的確定
注漿壓力是漿液在圍巖中擴(kuò)散的動(dòng)力，它直接影響注漿加固效果。注漿壓力大小主要受?chē)鷰r性質(zhì)、漿液性能、注漿方式等因素的影響和制約。注漿壓力過(guò)小，漿液難以向圍巖中擴(kuò)散，達(dá)不到預(yù)期的效果；若注漿壓力過(guò)大，很可能在注漿過(guò)程中由于注漿壓力而導(dǎo)致巷道圍巖表面冒頂或片幫等塌落破壞。根據(jù)注漿經(jīng)驗(yàn)和研究，錨噴巷道圍巖注漿壓力以不超過(guò)5MPA為宜。李雅莊礦巷道圍巖巖性差，裂隙發(fā)育，估計(jì)在圍巖松動(dòng)圈內(nèi)注漿壓力較小，但在圍巖應(yīng)力集中區(qū)和泥巖中注漿時(shí)，將需要較高的壓力。綜合分析，注漿壓力暫按2~5MPA考慮，在試驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)觀測(cè)進(jìn)一步確定合理的注漿壓力。
4·5·9注漿泵的選擇
注漿泵是注漿工作的關(guān)鍵設(shè)備，是決定注漿系統(tǒng)的主要因素，經(jīng)過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)主要生產(chǎn)廠家的調(diào)研，選擇鎮(zhèn)江煤礦專用設(shè)備廠生產(chǎn)的QZB—50/60型氣動(dòng)注漿泵。該泵為單缸雙作用往復(fù)漿泵。主要特點(diǎn)是氣壓傳動(dòng)，體積小，重量輕，排液具有定壓自動(dòng)調(diào)量的性能，適合巷道圍巖的注漿加固。
4·5·10注漿系統(tǒng)的選擇
目前常用兩種注漿系統(tǒng)：?jiǎn)我鹤{系統(tǒng)和雙液注漿系統(tǒng)。單液注漿系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是使用設(shè)備管路少、注漿系統(tǒng)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是漿液運(yùn)送時(shí)間要求嚴(yán)格，自混合料進(jìn)入料桶開(kāi)始攪拌到筒內(nèi)漿液全部注入黨孔內(nèi)整個(gè)過(guò)程，延續(xù)時(shí)間不能超過(guò)材料的初凝時(shí)間，否則就會(huì)發(fā)生凝漿堵管和堵塞注漿泵等惡性事故而嚴(yán)重影響作業(yè)正常進(jìn)行，處理事故很困難。雙液注漿系統(tǒng)的估缺點(diǎn)與單液注漿系統(tǒng)相反，突出的優(yōu)點(diǎn)是不會(huì)發(fā)生堵管、堵泵等事故，安全可靠。
考慮①井下施工條件限制，注漿工作受掘進(jìn)、運(yùn)輸干擾，難以嚴(yán)格控制注漿時(shí)間，尤其在工藝技術(shù)不熟練的情況下更難控制。②雙液注漿在混合前長(zhǎng)時(shí)不凝固，可以實(shí)現(xiàn)一次拌料，多次反復(fù)注漿，保證注漿效果。③雙液注漿系統(tǒng)既可以進(jìn)行雙液注漿，又可以進(jìn)行單液注漿。④新型雙液注漿泵的應(yīng)用也為簡(jiǎn)化注漿系統(tǒng)創(chuàng)造了條件。因此在井下試驗(yàn)中選擇雙液注漿系統(tǒng)。
4·5·11注漿量
由于圍巖裂隙發(fā)育程度及圍巖松動(dòng)程度和巖體結(jié)構(gòu)的差異，單位體積的圍巖注漿量差別較大。保證足夠的注漿量是漿液充分充填圍巖裂隙、孔隙的必要條件?？梢园聪率焦浪阕{段的總注漿量
上式計(jì)算值為單孔不受其他注漿孔影響時(shí)的注漿量，密布孔時(shí)注漿擴(kuò)散半徑相互重疊，每孔注漿量要小于這個(gè)值。單孔及巷道斷面注漿量受多因素控制，只有針對(duì)具體條件在試驗(yàn)中確定，一條巷道地質(zhì)條件相近時(shí)，變化范圍也較大，只有通過(guò)加強(qiáng)注漿監(jiān)控來(lái)保證注漿量。
4·5·12為了保證注漿效果和防止在圍巖習(xí)面處漿液擴(kuò)散較遠(yuǎn)，造成跑漏漿現(xiàn)象，注漿時(shí)除了要控制注漿壓力和注漿量，還要注意控制注漿時(shí)間。相反，在圍巖裂隙、孔隙不太發(fā)育的地點(diǎn)，注漿速度較慢，漿液擴(kuò)散較困難，為了提高注漿效果，必須在提高注漿壓力的同時(shí)，適當(dāng)?shù)匮娱L(zhǎng)注漿時(shí)間。每孔注漿時(shí)間一般控制在30MIN左右。$Page_Split$
4·5·13注漿工藝過(guò)程
注漿工藝過(guò)程為：施工準(zhǔn)備→鉆孔→安裝注漿管→開(kāi)泵注漿→清洗設(shè)備。
1）準(zhǔn)備工作
注漿施工前務(wù)好風(fēng)、水、電等管路和線路系統(tǒng)。
為保證注漿效果，使?jié){液有效地滲入圍巖裂隙，對(duì)注漿前支護(hù)提出如下要求：首先在巷道內(nèi)支護(hù)體及圍巖暴露面噴射一層強(qiáng)度較高的混凝土，使噴層與原支護(hù)形成一個(gè)結(jié)合層，作為注漿時(shí)的止?jié){墊，防止?jié){液從孔邊流失。在錨噴支護(hù)巷道一般僅需加強(qiáng)噴層完整性，保證一定的厚度即可，而架棚（包括U型鋼及梯形支架）支護(hù)的巷道，要求架后充填，在保證架后填實(shí)的基礎(chǔ)上噴混凝土層。
噴層的質(zhì)量對(duì)注漿影響很大，實(shí)踐中常發(fā)現(xiàn)由于噴層不完整，破裂面不規(guī)則而導(dǎo)致的漏漿，并很難堵漏，隨漏漿量的增加漿液向裂隙內(nèi)的滲透逐漸停止，不能保證有效的注漿量和滲透范圍。
2）鉆孔并安裝注漿管
用風(fēng)鉆按照設(shè)計(jì)要求打眼，鉆孔直徑41~43mm；深孔施工時(shí)，先用2.0m釬桿鉆進(jìn)，然后換用3.0m釬桿完成。鉆眼完成后，安裝注漿管并封孔。底眼用煤電鉆打眼。
為確保漿液滲透范圍的合理分布及加固圍巖幫角的效果，在橫斷面嚴(yán)格按鉆孔位置及扎角施工，并保證達(dá)到設(shè)計(jì)的深度，在軸向底板眼可傾斜20°，幫頂部眼可傾斜10°，以利施工。
嚴(yán)格鉆孔質(zhì)量驗(yàn)收制度，孔位、角度和深度與設(shè)計(jì)相差較大的要求重打或注漿后補(bǔ)打眼復(fù)注。
3）備料
在注漿巷道附近底板干燥處，設(shè)置簡(jiǎn)易料場(chǎng)，堆放甲乙兩種高水材料，要求墊木板防潮和滲水，嚴(yán)禁混放混用。為保持材料性能，每次井下備料3.0至6.0T，即1~2礦車(chē)為宜。料場(chǎng)可隨注漿點(diǎn)前移，減少搬運(yùn)距離。
4）注漿系統(tǒng)布置
注漿系統(tǒng)包括注漿泵、攪攔筒及連接管路。設(shè)備比較輕便，可入于注漿孔附近，單液注漿管8~10m，高壓出漿管內(nèi)為混合漿液，凝結(jié)快，設(shè)計(jì)為5~6m，便于端頭操作即可。注漿10M左右移動(dòng)一次，大約為一個(gè)班的注漿量，工效高。
5）攪攔注漿
嚴(yán)格按水灰比供水上料，攪攔均勻。接通注水管線，用清水試注，待管路流通后，將吸漿管分別插入兩漿液桶，高壓出漿管通過(guò)球閥與封孔器后端快速接頭相連，開(kāi)泵注漿。
通過(guò)注漿調(diào)壓閥調(diào)節(jié)注漿壓力，由小到大逐漸調(diào)節(jié)，終壓控制在2.0~6.0Mpa之間，根據(jù)注漿液滲透程度、注漿量、封孔及周邊圍巖的漢漏情況，調(diào)整選定。由于該泵具有定壓自動(dòng)調(diào)量的功能，注漿初期，巖層裂隙大，擴(kuò)散陰力小，排漿量大，注漿后期，巖層裂隙逐漸被充填，漿液擴(kuò)散陰力增大，排漿量減小，注漿壓力隨之增大，但不超過(guò)調(diào)定值，注滿后，漿液停止不動(dòng)，保持終壓不變，維持1~3min，以保證注漿充填程度和密實(shí)性。關(guān)閉注漿泵及封孔器前端球閥，卸下高壓膠管，裝到另一個(gè)注漿孔上，直至用守漿液。
速凝劑按要求放入，準(zhǔn)確控制注漿時(shí)間。注漿過(guò)程中如發(fā)生少量漏漿，用快硬水泥、廢舊布袋、黃泥等封堵。如漏漿量大，可暫停注漿，待漿液初凝后再注。按一定順序注漿，即從底部眼，依次向上順序注入，以保證注漿效果?？梢灾鹂滓来巫{，也可多也同時(shí)進(jìn)行。
為了提高注漿質(zhì)量和防止跑漿，應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)的注漿壓力、注漿時(shí)間和注漿量指標(biāo)控制注漿，只要有兩項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到規(guī)定閾值就停止注漿。
已注好的眼孔應(yīng)待漿液初凝后卸下封孔器，并適當(dāng)清洗備用。當(dāng)不能及時(shí)注漿時(shí)，應(yīng)清洗混合段漿液，以防固結(jié)。
每班注漿結(jié)束后徹底清洗注漿系統(tǒng)及封孔器，巷內(nèi)設(shè)水溝排放清洗污水，禁止巷內(nèi)大量積水。
注漿3~5D后，在注漿錨桿端頭安裝墊板，擰緊端頭螺母。
4·5·14注漿設(shè)備及配件
4·5·15注漿的施工組織
注漿工作需要一套專用設(shè)備及管路系統(tǒng)，占據(jù)巷道一定的空間，應(yīng)合理組織，保證既不影響掘進(jìn)工作，又能快速有效地開(kāi)展。
注漿作業(yè)包括打眼、運(yùn)料、攔料、封孔、注漿、清洗、移動(dòng)注漿系統(tǒng)等工序，其中打眼、封孔和注漿為三個(gè)主要工序?？紤]空間的限制和不影響巷道的運(yùn)輸?shù)纫蛩?，將打眼和注漿兩個(gè)工序分開(kāi)進(jìn)行。超前打出數(shù)排注漿眼，并超過(guò)一班的注漿進(jìn)程，滯后一段距離注漿。巖巷注漿打眼較復(fù)雜，安排專人施工。按兩個(gè)人一臺(tái)氣腿式鑿巖機(jī)，一班打20~30個(gè)眼計(jì)算，每天安排兩班打眼，可滿足一班的注漿進(jìn)度。注漿班共需5人，每班開(kāi)始時(shí)，先統(tǒng)一作注漿前準(zhǔn)備，安裝一部分封孔器，調(diào)整好注漿系統(tǒng)，從料場(chǎng)運(yùn)一部分注漿材料到攪拌筒旁邊備用。注漿時(shí)分工協(xié)調(diào)，兩名工人上料攪拌，觀察吸漿情況，一名司機(jī)開(kāi)泵，觀察幾個(gè)壓力表，監(jiān)控注漿系統(tǒng)，一名工人操作注漿管，一名工人準(zhǔn)備廢舊布料、黃泥等堵漏。循環(huán)注漿，每班可注5~8排眼，約10~16m。
4·5·16注漿監(jiān)控及質(zhì)量檢查
注漿加固圍巖是一種隱蔽性很強(qiáng)的工程技術(shù)，除按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施工外，還必須加強(qiáng)注漿過(guò)程中的監(jiān)測(cè)監(jiān)控和注漿以后的質(zhì)量檢查。
注漿過(guò)程中通過(guò)掌握注漿量、注漿壓力變化及滲透范圍來(lái)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)監(jiān)控。拌料筒內(nèi)壁有刻度標(biāo)志，可以較準(zhǔn)確地記錄單孔的注漿量。通過(guò)初期不同孔位注漿量的多次記錄，能夠基本掌握其變動(dòng)范圍，指導(dǎo)以后的注漿工作。注漿泵進(jìn)氣壓力端、調(diào)壓閥輸出壓力端和漿液混合至注漿封孔管端設(shè)有壓力表，可以準(zhǔn)確記錄漿液輸出壓力及漿液滲透過(guò)程中阻力增加而引起的漿液壓力變化情況。經(jīng)過(guò)實(shí)踐可以確定各種巷道條件下適宜的注漿終壓。單孔注漿時(shí)，注漿時(shí)仔細(xì)觀察孔周?chē)鷰r體變化及滲透情況，結(jié)合周?chē)蜚@孔檢查滲透范圍，了解注漿孔周邊的滲透規(guī)律。
井下試驗(yàn)中總結(jié)出一套簡(jiǎn)便易行的綜合監(jiān)測(cè)技術(shù)：通過(guò)試驗(yàn)確定注漿終壓后調(diào)定；密布注漿孔使兩排間及斷面內(nèi)注漿孔滲透范圍重疊，掌握不同部位單孔注漿量變化范圍的情況下采取排間交替間隔注漿方式盡可能反復(fù)多注，保證注漿效果。
注漿以后的質(zhì)量采用鉆孔取芯檢查，比較取芯率；鉆孔測(cè)量圍巖超聲波速等方法檢查圍巖的固結(jié)范圍、程度，進(jìn)行常規(guī)礦壓觀測(cè)及深孔位移觀測(cè)，比較注漿效果對(duì)圍巖變形的控制作用。
4·5·17預(yù)計(jì)存在的問(wèn)題
預(yù)計(jì)在注漿施工中相隔在的主要問(wèn)題是鉆孔機(jī)具，巖巷底板太幫底角注漿孔很難按要求施工，將會(huì)嚴(yán)重影響注漿加固效果。
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5礦壓觀測(cè)內(nèi)容與觀測(cè)方案
5·1巷道圍巖賦存條件與圍巖特性調(diào)查
1）巷道埋深（m）；
2）煤柱寬度（m）；
3）圍巖巖性、柱狀、層厚、分層厚度（m）；
4）節(jié)理裂隙組婁、方位和間距調(diào)查，繪制節(jié)理裂隙分布玫瑰圖；
5）節(jié)理裂隙尺度一數(shù)目分布及演化分形統(tǒng)計(jì)。
5·2巷道圍巖物理力學(xué)特性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
圍巖注漿前后的單軸搞壓強(qiáng)度、彈性模量、泊松比；軟化系數(shù)、耐崩解指數(shù)、膨脹壓力、膨脹變形率和風(fēng)化蝕變特性等。（具體測(cè)試方法略）。
5·3巷道圍巖應(yīng)力測(cè)定
為了了解巷道圍巖應(yīng)力分布特征及其變化規(guī)律，為支護(hù)強(qiáng)度及各種支護(hù)時(shí)間提供依據(jù)，進(jìn)行巷道圍巖相對(duì)應(yīng)力測(cè)定。當(dāng)巷道斷面形成后，布設(shè)應(yīng)力測(cè)定鉆孔。應(yīng)力鉆孔直徑Φ43mm，鉆孔探頭深度分別為1.5m、3.0m、4.5m和6.0m，在頂板、底板和任意一幫各布置一組鉆孔。使用KS—1型鉆孔應(yīng)力計(jì)（山東礦院或山東莒縣礦壓儀器廠）或GKY—80型鉆孔測(cè)力計(jì)（丹東三達(dá)）測(cè)定圍巖應(yīng)力變化規(guī)律。
5·4混凝土噴層應(yīng)力測(cè)定
為了探討混凝土噴層不同位置的應(yīng)力大小和變化規(guī)律，以確定噴射混凝土的時(shí)間、次數(shù)、各次噴射厚度和混凝土漿體的力學(xué)特性，需要進(jìn)行混凝土噴層應(yīng)力測(cè)定。在各次噴射混凝土之前，將預(yù)埋式混凝土應(yīng)力計(jì)安裝在噴層內(nèi)，在巷道的拱部和墻幫的切向和徑向各安裝一組，每組三個(gè)混凝土應(yīng)力計(jì)，測(cè)定混凝土噴層在不同層、位的應(yīng)力大小及其變化規(guī)律。
5·5巷道圍巖松動(dòng)圈測(cè)定
為了合理確定錨桿支護(hù)參數(shù)和監(jiān)測(cè)支護(hù)效果，探討巷道圍巖松動(dòng)圈隨巷道掘進(jìn)時(shí)間、掘進(jìn)距離和巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)條件的變化規(guī)律，需要對(duì)巷道圍巖松動(dòng)圈的分布特征和變化規(guī)律進(jìn)行測(cè)定。當(dāng)巷道斷面形成后立即布孔進(jìn)行測(cè)定，然后，每隔4.0m布置一個(gè)測(cè)量斷面，至距迎頭40m，以后每隔15m布置一下測(cè)量斷面，至迎頭100m為止。鉆孔直徑為Φ42mm，鉆孔深度3m。測(cè)量使用煤炭科學(xué)研究總院研制的PHD—2型超聲波檢測(cè)儀或中國(guó)礦業(yè)大學(xué)研制的BA—Ⅱ型圍巖松動(dòng)圈測(cè)試儀。
5·6巷道圍巖表面收斂觀測(cè)
為了檢查支護(hù)效果和圍巖變形的時(shí)間過(guò)程，為巷道后續(xù)支護(hù)和補(bǔ)強(qiáng)提供依據(jù)，需要進(jìn)行巷道圍巖表面位移觀測(cè)。當(dāng)巷道斷面形成后，立即布設(shè)圍巖表面收斂測(cè)站，測(cè)量并記錄測(cè)站位置、斷面特征。用WRM—3型收斂計(jì)測(cè)量，精度0.01mm。在巷道內(nèi)每隔20m布設(shè)一個(gè)收斂量測(cè)斷面，每條巷道設(shè)三個(gè)表面收斂量測(cè)斷面。測(cè)點(diǎn)可直接掛在錨桿外端，用螺母固定。按設(shè)計(jì)的測(cè)線進(jìn)行測(cè)量，要求生次每個(gè)測(cè)線量測(cè)兩次，記錄后取平均值。并要求填寫(xiě)素描記錄。
5·7巷道圍巖深部位移觀測(cè)
為了檢查支護(hù)參數(shù)和支護(hù)方式的合理性，及時(shí)了解巷道圍巖深部（1.5倍巷道寬度范圍內(nèi)）的位移和離層情況，為巷道后續(xù)支和補(bǔ)強(qiáng)提供依據(jù)，需要進(jìn)行巷道深部圍巖位移觀測(cè)。巷道圍巖深部位移常用的觀測(cè)方法有兩種，一種是用頂板離層指示儀，監(jiān)測(cè)錨固區(qū)內(nèi)和錨固區(qū)外的頂板位移和離層情況，另一種是通過(guò)在鉆孔中沒(méi)深度安設(shè)基點(diǎn)，用收斂計(jì)測(cè)量各基點(diǎn)在不同時(shí)間段內(nèi)的位移值。
當(dāng)巷道斷面形成后，立即鉆孔，布設(shè)觀測(cè)斷面和基點(diǎn)，在巷道內(nèi)每隔20m布設(shè)一個(gè)觀測(cè)斷面，每條巷道設(shè)三個(gè)觀測(cè)斷面。在距迎頭50~60m以內(nèi)，每天觀測(cè)記錄一次，以后每周觀測(cè)兩次。用WRM—3型收斂計(jì)測(cè)量，精度0.01mm。（巷道圍巖深部位移可以與巷道表面位移觀測(cè)斷面聯(lián)合布置）。
基點(diǎn)的安裝：用錨桿鉆機(jī)打8m深鉆孔，鉆頭采用X40的普通錨桿鉆慶。安裝時(shí)先用繩子扎攏鋼絲爪的下部，打上活結(jié)，并引出繩子，用鉆桿愛(ài)根接長(zhǎng)，將其頂入鉆孔，達(dá)到設(shè)計(jì)位置后拉開(kāi)繩子，使鋼絲爪張開(kāi)固定于孔壁即可。
孔口保護(hù)裝置：孔口用鐵盒子保護(hù)外引的當(dāng)鋼絲繩，用短錨桿將鐵盒子固定在巷道的巖壁上即可。
在不同深度的位移基點(diǎn)采用爪式結(jié)構(gòu)，安設(shè)簡(jiǎn)單、牢固。測(cè)量不同深度基點(diǎn)相對(duì)于表面的位移，以最深部的點(diǎn)為基本點(diǎn)（假設(shè)此點(diǎn)不移動(dòng)），計(jì)算各點(diǎn)與此點(diǎn)的相對(duì)位移量，即為各點(diǎn)的位移量。
5·8錨桿載荷測(cè)定
為了檢查錨桿布置和錨桿參數(shù)選取的合理性以及研究錨桿支護(hù)的機(jī)理，采用與普通錨桿相同參數(shù)和錨固方式的全長(zhǎng)測(cè)力錨桿進(jìn)行錨桿軸力和彎矩的測(cè)定與計(jì)算。所謂全長(zhǎng)測(cè)力錨桿，就是在普通錨桿桿體兩側(cè)開(kāi)槽，沿錨桿長(zhǎng)度方向每個(gè)一定距離巾一組應(yīng)變片，將應(yīng)變片的連線引出制成全長(zhǎng)測(cè)力錨桿，將全長(zhǎng)測(cè)力錨桿與普通錨桿一起打入巷道圍巖中，桿體各段的軸向應(yīng)力可以通過(guò)接收儀器隨時(shí)測(cè)取，這樣就可以獲取錨桿在整個(gè)服務(wù)期內(nèi)不同長(zhǎng)度段的受力狀態(tài)，依此可以分析錨桿與圍巖的相互作用關(guān)系，探討錨桿錨固機(jī)理和進(jìn)一步選取合理的錨桿支護(hù)參數(shù)。當(dāng)錨桿緊固后即開(kāi)始測(cè)量記錄。測(cè)量用的接受儀器為YJK—4500型礦用防爆靜態(tài)電阻應(yīng)變儀（河南省南陽(yáng)縣科峰電子儀器廠生產(chǎn)）。
5·9錨索載荷測(cè)定
為了檢測(cè)錨索載荷及其變化規(guī)律，研究錨索布置和參數(shù)選取的合理性以及錨索支護(hù)機(jī)理，在距迎頭不同距離和不同支護(hù)段，采用MYC—20型錨桿液壓枕對(duì)不同部位的錨索載荷進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)錨索緊固后即可進(jìn)行測(cè)量記錄。
5·10錨桿錨固力測(cè)定
為了檢查錨桿的錨固效果，在井下對(duì)不同支護(hù)形式、不同斷面和不同位置（注漿和未注漿）的錨桿進(jìn)行抽樣拉拔試驗(yàn)。拉拔試驗(yàn)的儀器為MLJ—20型錨桿拉力計(jì)。拉力試驗(yàn)可根據(jù)“錨桿質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)”中的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。
5·11注漿效果可以通過(guò)兩方面測(cè)試結(jié)果進(jìn)行檢查。1）從注漿段與未注漿對(duì)比段圍巖移近量或移近速度或錨桿、錨索載荷的測(cè)定結(jié)果來(lái)反映；2）從注漿前后或注漿與未注漿段圍巖體質(zhì)量一鉆孔取心率或圍巖聲波速度測(cè)試結(jié)果來(lái)反映。
1）圍巖移近量或移近速度測(cè)試見(jiàn)5·6巷道圍巖表面收斂觀測(cè)和5·7巷道圍巖深部位移觀測(cè)。錨桿、錨索載荷測(cè)定見(jiàn)5·8錨桿載荷測(cè)定5·9錨索載荷測(cè)定和5·10錨桿錨固力測(cè)定。
2）圍巖體質(zhì)量測(cè)試，采用兩種方法①鉆孔取心率（RQD指標(biāo)）測(cè)定，在注漿段和耒注漿段的巷道圍巖不同部位（頂、幫、底）鉆孔取巖心，巖心直徑2.56cm（或根據(jù)堆州礦務(wù)局現(xiàn)有取巖心鉆機(jī)確定），孔深5~6m，統(tǒng)計(jì)長(zhǎng)度超過(guò)100mm的巖防累積長(zhǎng)度占鉆孔總長(zhǎng)度的百分?jǐn)?shù)，即
RQD（%）=100×（100MM以上的整段巖心的累積長(zhǎng)度/鉆孔長(zhǎng)度）%。
②巖體超聲波速測(cè)定，在取心鉆孔內(nèi)采用圍巖松動(dòng)圈測(cè)試儀測(cè)量巷道周邊至巖體內(nèi)5~6M范圍內(nèi)的聲波波速及其變化規(guī)律。測(cè)定儀器為北京開(kāi)采所研制的PHD—2型超聲波檢測(cè)儀或中國(guó)礦業(yè)大學(xué)研制的BA—Ⅱ型圍巖松動(dòng)圈測(cè)試儀。
