巷道修護中錨注加固技術的應用分析
2015-07-13
近年來國內(nèi)煤礦試驗應用了一種注漿錨桿技術。它是利用錨桿兼作注漿管，實現(xiàn)錨注一體化。注漿可改善更深層圍巖的松散結構，提高巖體強度，并為錨桿提供可靠的著力基礎，使錨桿與圍巖形成整體，從而形成多層有效組合拱，即噴網(wǎng)組合拱、錨桿壓縮區(qū)組合拱、漿液擴散加固拱，提高了支護結構的整體性和承載能力，特別在巷道的修復加固中得到了廣泛的應用。
一、錨注作用機理
錨注支護是采用錨桿與注漿相結合的雙重作用，以達到加固圍巖、提高和改善圍巖力學性能、控制圍巖變形的效果，它擴大了注漿和錨桿的使用范圍，其支護機理包括以下幾個方面：
?。?）采用注漿錨桿注漿，可以利用漿液封堵圍巖的裂隙、隔絕空氣，防止圍巖風化，且能防止圍巖被水浸濕而降低圍巖的本身強度。
?。?）注漿錨桿注漿后將松散破碎的圍巖膠結成整體，提高了巖體的內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角及彈性模量，從而提高了巖體強度，可以實現(xiàn)利用圍巖本身作為支護結構的一部分。
?。?）注漿錨桿注漿后使得噴層壁后充填密實，這樣保證荷載能均勻地作用在噴層和支架上，避免出現(xiàn)應力集中點而首先破壞。
?。?）利用注漿錨桿充填圍巖裂隙，配合常規(guī)的錨噴支護，可以形成一個多層有效組合拱，即噴網(wǎng)組合拱、錨桿壓縮區(qū)組合拱及漿液擴散加固拱，形成的多層組合拱結構擴大了支護結構的有效承載范圍，提高了支護結構的整體性和承載能力。
?。?）注漿后使得在拱頂上的壓力能有效傳遞到兩墻，通過對墻的加固，又能把荷載傳遞到底板。由于組合拱厚度的加大，這樣不僅減小作用在底板上的荷載集中度，而且減小底板巖石中的應力，減弱底板的塑性變形，從而減輕巷道底臌。
?。?）注漿錨桿本身為全長錨固錨桿，通過注漿也使端錨的普通錨桿變成全長錨固錨桿，從而將多層組合拱聯(lián)合成一個整體，共同承載，提高了支護結構的整體性。
?。?）注漿使得支護結構面尺寸加大，圍巖作用在支護結構上的荷載所產(chǎn)生的彎矩減少，從而降低了支護結構中產(chǎn)生的拉應力和壓應力，因此能承受更大的荷載，提高了支護結構的承載能力，擴大了支護結構的適應性。
?。?）注漿后的圍巖整體性好，與原巖形成一個整體，從而在大構造應力作用下保持穩(wěn)定而不易產(chǎn)生破壞。
?。?）通過莫爾強度理論可知，通過對圍巖注漿加固，不僅改善圍巖巖性和應力分布，而且大大縮小圍巖變形，減輕支架承受的外載壓力，改善支架的受力情況。
二、錨注支護在修復加固巷道的應用
進行錨注支護的一般過程為：巷道刷擴挑頂一普通錨網(wǎng)噴支護一錨注支護，從支護時間上來看，普通錨網(wǎng)噴支護一般在巷道刷擴后較短的時間內(nèi)進行（一般4～10h），而錨注支護則要滯后10～20天甚至更長時間進行，因為過早地注漿，此時圍巖正處于變形破裂的發(fā)展階段，此時注漿，一是可能較難注入，二是漿液尚未凝固起支承作用之前，即被較大的圍巖應力所破壞，因此將刷擴維修工作面向前推進一段后，然后在后面注漿。理論和實踐證明，在圍巖局部進入巖體的殘余強度時，在該處注漿可以起到較好的作用，但也不應過遲注漿，過遲注漿時，此時的殘余應力已很小，可能造成支護變形量過大，使支護提供的支護抗力相應也小，支護體不能發(fā)揮應有的作用。
1 合理設計注漿參數(shù)
?。?）注漿壓力受圍巖特性、注漿能力、注漿方式等因素的影響。若注漿壓力過小，漿液難以向圍巖中擴散，達不到預期的注漿效果；若壓力過大，則會導致淺部注漿過程中巷道表面出現(xiàn)冒頂、片幫或開裂。在淺部注漿時，由于巷道表面和圍巖發(fā)育，巖塊破碎，采用的注漿壓力不宜過大，初步確定為1～2MPa；深部注漿時，注漿壓力確定為2～4MPa。
?。?）注漿量。漿液的注入量受到注漿壓力、注漿時間、圍巖裂隙的發(fā)育程度及破碎狀況、滲透性等因素的影響。為保證巷道圍巖裂隙被充填密實，注入的漿液盡量保證裂隙被充填滿，施工中注漿量以達到注漿壓力時為止。
?。?）注漿孔的布置?？紤]圍巖淺部裂隙較為發(fā)育，為防止?jié){液向外流失，應有一定封孔深度，即注漿孔不能過淺；同時為了克服鉆進時出現(xiàn)卡鉆現(xiàn)象，實踐表明初次注漿孔深度在1.0～1.2米為宜。二次耦合深孔注漿時，要根據(jù)圍巖松動圈確定錨桿的長度，二次耦合注漿錨桿長一般在2.0米以上。
?。?）注漿孔的間排距。注漿孔的間排距主要由漿液的擴散半徑確定。為達到注漿效果，兩孔的孔距應保證注漿后漿液滲透范圍由一定的交叉，所以應小于2倍的擴散半徑。
2 注漿材料的選擇
注漿材料由無機和有機兩個系列，由于有機材料價格昂貴，一般不予采用，而無機材料價格較低，被廣泛應用。無機材料以水泥（主料）+水玻璃（速凝劑）為主。為了減少漿液流失，提高凝固速度，淺部初次注漿一般采用水泥+水玻璃雙液漿。而深部二次耦合注漿一般采用水泥單液漿，確保更高的支護強度。
3 施工工藝。巷道圍巖注漿加固質(zhì)量的好壞，在很大程度上取決于注漿施工工藝。圍巖淺部注漿時采用雙液注漿；圍巖深部注漿時，由于淺部圍巖被漿液充填密實，封閉了很大圍巖，提高了圍巖強度和改善了圍巖鑿巖條件，漏漿問題得到很好的解決。因此，采用工藝簡單、便于操作的單液水泥漿。兩步耦合注漿加固施工工藝如下：封閉巷道表面裂隙——鉆孔——封孔——注漿——管道與設備的清洗。
4經(jīng)濟效果分析及支護效果評價
?。?）失修巷道采用錨注支護補強技術，從支護的強度、剛度、安全可靠性、占有空間，是套架棚加強支護所不能相比的，它不受巷道斷面的限制，便于錨索的布置和施工。
?。?）錨注補強支護能獲得較高的支護強度和圍巖加固作用，能主動支護頂板；當頂板破碎裂隙發(fā)育時，其漿液能充填裂隙起到固結頂板作用，集懸吊、擠壓加固、固結頂板于一體。尤其能解決破碎松軟頂板，大斷面及大跨度硐室、交岔點巷道支護難題。
?。?）錨注施工設備輕便、工藝簡單、便于掌握。
失修巷道經(jīng)錨注支護后，經(jīng)觀測頂板穩(wěn)定，支護狀況得到較大改善，保證了巷道的安全與穩(wěn)定。
結論
采用錨注支護加固失修巷道經(jīng)理論和實踐證明是可行的，適合破碎松軟頂板、大斷面巷道及交岔點、大跨度硐室的有效加固，為復雜困難條件下巷道加固，維修提供了新的有效途徑。錨注支護不僅支護強度高，承載力大，而且注漿本身對已出現(xiàn)松動的圍巖具有明顯的膠結加固作用，補強加固效果突出。采用補錨網(wǎng)噴、注漿、補打錨索加固，施工方法簡單，快速，與套架棚加強支護相比，降低了支護成本，減輕了工人的勞動強度，提高了安全可靠程度。
