巷道修護(hù)中錨注加固技術(shù)的應(yīng)用分析
2015-07-13
近年來(lái)國(guó)內(nèi)煤礦試驗(yàn)應(yīng)用了一種注漿錨桿技術(shù)。它是利用錨桿兼作注漿管，實(shí)現(xiàn)錨注一體化。注漿可改善更深層圍巖的松散結(jié)構(gòu)，提高巖體強(qiáng)度，并為錨桿提供可靠的著力基礎(chǔ)，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(kuò)散加固拱，提高了支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體性和承載能力，特別在巷道的修復(fù)加固中得到了廣泛的應(yīng)用。
一、錨注作用機(jī)理
錨注支護(hù)是采用錨桿與注漿相結(jié)合的雙重作用，以達(dá)到加固圍巖、提高和改善圍巖力學(xué)性能、控制圍巖變形的效果，它擴(kuò)大了注漿和錨桿的使用范圍，其支護(hù)機(jī)理包括以下幾個(gè)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(fēng)化，且能防止圍巖被水浸濕而降低圍巖的本身強(qiáng)度。
?。?）注漿錨桿注漿后將松散破碎的圍巖膠結(jié)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(qiáng)度，可以實(shí)現(xiàn)利用圍巖本身作為支護(hù)結(jié)構(gòu)的一部分。
（3）注漿錨桿注漿后使得噴層壁后充填密實(shí)，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(yīng)力集中點(diǎn)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(hù)，可以形成一個(gè)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(kuò)散加固拱，形成的多層組合拱結(jié)構(gòu)擴(kuò)大了支護(hù)結(jié)構(gòu)的有效承載范圍，提高了支護(hù)結(jié)構(gòu)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(guò)對(duì)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(yīng)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(zhǎng)錨固錨桿，通過(guò)注漿也使端錨的普通錨桿變成全長(zhǎng)錨固錨桿，從而將多層組合拱聯(lián)合成一個(gè)整體，共同承載，提高了支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體性。
（7）注漿使得支護(hù)結(jié)構(gòu)面尺寸加大，圍巖作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的荷載所產(chǎn)生的彎矩減少，從而降低了支護(hù)結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的拉應(yīng)力和壓應(yīng)力，因此能承受更大的荷載，提高了支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載能力，擴(kuò)大了支護(hù)結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性。
?。?）注漿后的圍巖整體性好，與原巖形成一個(gè)整體，從而在大構(gòu)造應(yīng)力作用下保持穩(wěn)定而不易產(chǎn)生破壞。
（9）通過(guò)莫爾強(qiáng)度理論可知，通過(guò)對(duì)圍巖注漿加固，不僅改善圍巖巖性和應(yīng)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(hù)在修復(fù)加固巷道的應(yīng)用
進(jìn)行錨注支護(hù)的一般過(guò)程為：巷道刷擴(kuò)挑頂一普通錨網(wǎng)噴支護(hù)一錨注支護(hù)，從支護(hù)時(shí)間上來(lái)看，普通錨網(wǎng)噴支護(hù)一般在巷道刷擴(kuò)后較短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行（一般4～10h），而錨注支護(hù)則要滯后10～20天甚至更長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行，因?yàn)檫^(guò)早地注漿，此時(shí)圍巖正處于變形破裂的發(fā)展階段，此時(shí)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(yīng)力所破壞，因此將刷擴(kuò)維修工作面向前推進(jìn)一段后，然后在后面注漿。理論和實(shí)踐證明，在圍巖局部進(jìn)入巖體的殘余強(qiáng)度時(shí)，在該處注漿可以起到較好的作用，但也不應(yīng)過(guò)遲注漿，過(guò)遲注漿時(shí)，此時(shí)的殘余應(yīng)力已很小，可能造成支護(hù)變形量過(guò)大，使支護(hù)提供的支護(hù)抗力相應(yīng)也小，支護(hù)體不能發(fā)揮應(yīng)有的作用。
1 合理設(shè)計(jì)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(guò)小，漿液難以向圍巖中擴(kuò)散，達(dá)不到預(yù)期的注漿效果；若壓力過(guò)大，則會(huì)導(dǎo)致淺部注漿過(guò)程中巷道表面出現(xiàn)冒頂、片幫或開(kāi)裂。在淺部注漿時(shí)，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(guò)大，初步確定為1～2MPa；深部注漿時(shí)，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(shí)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(shí)，注入的漿液盡量保證裂隙被充填滿，施工中注漿量以達(dá)到注漿壓力時(shí)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(yīng)有一定封孔深度，即注漿孔不能過(guò)淺；同時(shí)為了克服鉆進(jìn)時(shí)出現(xiàn)卡鉆現(xiàn)象，實(shí)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(shí)，要根據(jù)圍巖松動(dòng)圈確定錨桿的長(zhǎng)度，二次耦合注漿錨桿長(zhǎng)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(kuò)散半徑確定。為達(dá)到注漿效果，兩孔的孔距應(yīng)保證注漿后漿液滲透范圍由一定的交叉，所以應(yīng)小于2倍的擴(kuò)散半徑。
2 注漿材料的選擇
注漿材料由無(wú)機(jī)和有機(jī)兩個(gè)系列，由于有機(jī)材料價(jià)格昂貴，一般不予采用，而無(wú)機(jī)材料價(jià)格較低，被廣泛應(yīng)用。無(wú)機(jī)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(hù)強(qiáng)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(shí)采用雙液注漿；圍巖深部注漿時(shí)，由于淺部圍巖被漿液充填密實(shí)，封閉了很大圍巖，提高了圍巖強(qiáng)度和改善了圍巖鑿巖條件，漏漿問(wèn)題得到很好的解決。因此，采用工藝簡(jiǎn)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(shè)備的清洗。
4經(jīng)濟(jì)效果分析及支護(hù)效果評(píng)價(jià)
?。?）失修巷道采用錨注支護(hù)補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)，從支護(hù)的強(qiáng)度、剛度、安全可靠性、占有空間，是套架棚加強(qiáng)支護(hù)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(bǔ)強(qiáng)支護(hù)能獲得較高的支護(hù)強(qiáng)度和圍巖加固作用，能主動(dòng)支護(hù)頂板；當(dāng)頂板破碎裂隙發(fā)育時(shí)，其漿液能充填裂隙起到固結(jié)頂板作用，集懸吊、擠壓加固、固結(jié)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(diǎn)巷道支護(hù)難題。
?。?）錨注施工設(shè)備輕便、工藝簡(jiǎn)單、便于掌握。
失修巷道經(jīng)錨注支護(hù)后，經(jīng)觀測(cè)頂板穩(wěn)定，支護(hù)狀況得到較大改善，保證了巷道的安全與穩(wěn)定。
結(jié)論
采用錨注支護(hù)加固失修巷道經(jīng)理論和實(shí)踐證明是可行的，適合破碎松軟頂板、大斷面巷道及交岔點(diǎn)、大跨度硐室的有效加固，為復(fù)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(hù)不僅支護(hù)強(qiáng)度高，承載力大，而且注漿本身對(duì)已出現(xiàn)松動(dòng)的圍巖具有明顯的膠結(jié)加固作用，補(bǔ)強(qiáng)加固效果突出。采用補(bǔ)錨網(wǎng)噴、注漿、補(bǔ)打錨索加固，施工方法簡(jiǎn)單，快速，與套架棚加強(qiáng)支護(hù)相比，降低了支護(hù)成本，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了安全可靠程度。
