小康礦??王吉?jiǎng)P ??馬中軍 ??宋凱 ?????

摘要：針對(duì)流變性軟巖灌漿加固技術(shù)存在的問題。在W3-101工作面運(yùn)、回順推廣應(yīng)用中，通過采取地質(zhì)構(gòu)造帶特殊底板加固措施；改進(jìn)灌漿孔布置、注頭及堵漏方式；取得了較好的圍巖加固效果。

關(guān)鍵詞：劈裂灌漿；圍巖加固；應(yīng)用改進(jìn)

1 引言

流變性軟巖灌漿加固技術(shù)，2019年6月開始在W3-101工作面運(yùn)、回順推廣應(yīng)用。針對(duì)S2N5試驗(yàn)段存在的問題，在W-101運(yùn)、回推廣應(yīng)用中，通過對(duì)斷層、無煤帶、應(yīng)力集中區(qū)等地質(zhì)構(gòu)造帶，進(jìn)行底板特殊加固處理、改進(jìn)施工工藝。減小了底板底臌量及幫頂變形，取得了較好的灌漿加固效果，保證了運(yùn)、回順的正常使用。下一步將進(jìn)行中空注漿錨索（錨桿）技術(shù)、濕式噴漿技術(shù)等與劈裂灌漿加固技術(shù)的組合研究、試驗(yàn)。為今后形成以“流變性軟巖灌漿加固技術(shù)”為核心的完整技術(shù)體系打下基礎(chǔ)。逐步達(dá)到取消金屬棚、實(shí)現(xiàn)巷道無翻修的目標(biāo)。

2 構(gòu)造帶底板加固

針對(duì)斷層、無煤帶等構(gòu)造帶，圍巖穩(wěn)定性差、底鼓量大的問題。通過采取底板澆筑混凝土的方式構(gòu)筑，增加底板承壓蓋板強(qiáng)度。加長底角注頭，形成鋼管混凝土結(jié)構(gòu)抗剪結(jié)構(gòu)，切斷幫、頂壓力向底板轉(zhuǎn)移，減小底臌分力。施工正底注頭灌漿，增加底板灌漿量。以加強(qiáng)對(duì)底板底鼓控制（見圖1）。

底板混凝土蓋板：水泥為Po42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，砂為細(xì)砂，石子選用粒徑為5～10mm的碎石，灌注混凝土的強(qiáng)度不低于C25。兩幫底角與底板接合部位，混凝土必須接合嚴(yán)密、充嚴(yán)注實(shí)。底板澆筑混凝土前先將注頭放入注漿孔中，再在底板澆筑混凝土承壓蓋板。

灌漿孔布置：每排蓋板灌漿孔2~6#孔孔深2m，使用1m長注頭；底板1、7、8#孔孔深4m，使用2m長注頭（詳見圖1）。

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圖1?底板注頭及混凝土蓋板布置圖

底板灌漿：待底板混凝土蓋板形成24小時(shí)以后，按水固比0.52:1調(diào)制好漿料，灌漿時(shí)利用回漿管調(diào)節(jié)壓力，灌漿壓力逐漸升高，直至壓力達(dá)到8MPa，并持續(xù)1分鐘，結(jié)束灌漿。底板澆筑混凝土必須保證巷道正常使用高度。

3 工藝改進(jìn)

3.1 注頭改進(jìn)

S2N5回順試驗(yàn)段灌漿使用自制鐵注頭。注頭長1m，使用Φ75mm×750mm無縫鋼管和Φ20mm×250mm無縫鋼管焊接在一起制成，注頭的進(jìn)漿端頭預(yù)留絲扣用于連接管路及接延灌漿管。灌漿自制注頭結(jié)構(gòu)見圖2。弊端是：管壁沒有出漿孔，不利于漿液擴(kuò)散；沒有回漿管，孔內(nèi)形成氣柱后，影響灌漿效果。進(jìn)漿管過短，不能起到類似錨桿全長錨固的支護(hù)效果。?

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圖2?S₂N₅回順用注頭結(jié)構(gòu)圖

W3-101運(yùn)、回順用注頭，為具有回漿功能的輸漿注頭，長度2000mm。使用Φ75mm×750mm無縫鋼管和Φ20mm×2000mm無縫鋼管焊接在一起制成，見圖3。優(yōu)點(diǎn)是：該注頭帶回漿管，可通過回漿管能夠?qū)⒖變?nèi)氣體排出，有效避免了孔內(nèi)形成氣柱，影響灌漿效果。回漿管截止閥能夠調(diào)節(jié)壓力及流量變化、控制灌漿。注頭長2m，能夠起到全長錨固的支護(hù)效果。

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圖3?W₃101運(yùn)、回順改進(jìn)后注頭結(jié)構(gòu)圖

3.2 鉆孔布置改進(jìn)

S2N5回順試驗(yàn)段，劈裂灌漿孔與蓋板灌漿孔布置在同一棚空內(nèi)，灌漿孔排距5.4m，每排布置16個(gè)（8個(gè)蓋板灌漿孔、8個(gè)劈裂灌漿孔），見圖4。弊端是：灌漿孔過于集中，造成局部漿液灌不進(jìn)去；排距遠(yuǎn)，漿液很難擴(kuò)散至兩排灌漿孔之間、灌漿效果差。

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○—蓋板灌漿孔；△—劈裂灌漿孔

圖4?原灌漿孔布置平面展開圖

W3-101運(yùn)、回順每排布置7個(gè)蓋板灌漿孔，排距4.9m。劈裂灌漿孔位于兩排蓋板灌漿孔中間（見圖5）。并將灌漿孔靠近幫、頂補(bǔ)強(qiáng)錨索布置。優(yōu)點(diǎn)是：灌漿孔分布均勻，不會(huì)產(chǎn)生局部漿液過剩，造成二次打眼困難；排距合理，滿足漿液擴(kuò)散要求、灌漿效果好。漿液擴(kuò)散后與錨索握裹，對(duì)錨索全長錨固。

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○—蓋板灌漿孔；△—劈裂灌

圖5?改進(jìn)后灌漿孔布置平面圖

2.3 堵漏方式改進(jìn)

S2N5回順試驗(yàn)段是在灌漿施工過程中，對(duì)漏漿處用堵漏劑進(jìn)行堵漏，往往由于漏點(diǎn)多，難以控制。W3-101運(yùn)、回順采取灌漿前堵漏，即灌漿前對(duì)錨桿托盤、卡子、拉條及管線后巷幫等，可能會(huì)漏漿的部位，用堵漏劑進(jìn)行封堵。堵漏方式改進(jìn)后，漏漿明顯減少、灌漿效果明顯好轉(zhuǎn)，起到了事半功倍的效果。

4 效果觀測

據(jù)現(xiàn)場觀測，未灌漿加固的運(yùn)順（1670m~1560m），受采動(dòng)影響約90m范圍內(nèi)，棚子變形嚴(yán)重、底梁撅起。巷道凈寬收斂量387mm/月。

而灌漿加固后的回順（1700m~1610m），灌漿巷道經(jīng)采動(dòng)壓力檢驗(yàn)，底梁無反拱、支起，超前支護(hù)段只需拉底處理，既能滿足工作面通過。回順超前工作90m范圍內(nèi)巷道凈寬收斂量30mm/月。4.6m圓棚現(xiàn)剩余寬度4.3m～4m。總體看，完全滿足運(yùn)輸、行人及通風(fēng)等生產(chǎn)要求，無需翻修。

5 近期規(guī)劃

5.1 開展注漿錨索應(yīng)用研究

下一步將重點(diǎn)研究注漿錨索與灌漿加固技術(shù)的結(jié)合，用注漿錨索、錨桿注頭代替自制鐵注頭。通過錨桿、錨索的全長錨固，增加錨桿、錨索與圍巖的握裹力及抗剪強(qiáng)度。形成注漿錨桿、錨索與圍巖內(nèi)混凝土網(wǎng)絡(luò)骨架的結(jié)合力。達(dá)到加固圍巖、控制軟巖巷道軸向及徑向變形的目的。注漿錨索注頭由注漿錨索與DN70無縫鋼管焊接而成，其結(jié)構(gòu)詳見圖6。

設(shè)計(jì)施工方案：噴漿（50~100mm厚）→鉆φ35mm鉆孔（7m深）→擴(kuò)孔至φ75mm（1m深）→安裝注漿錨索→安裝套管→復(fù)噴混凝土（100mm厚）→上膠墊、托盤及鎖具、進(jìn)行張拉（預(yù)緊力10t）→灌漿。在中空注漿錨索與注漿管路連接處接設(shè)截止閥，待注漿結(jié)束40分鐘后拆下截止閥，清水沖洗，重復(fù)使用。其他與自制鐵注頭注漿工藝相同。 ?

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圖6 注漿錨索注頭結(jié)構(gòu)圖

5.2?濕式噴漿應(yīng)用研究

目前，國產(chǎn)的礦用濕式噴漿機(jī)（見圖7）體積大、占用巷道空間；給料槽高，人工上料費(fèi)事；并且需要在噴漿機(jī)加水，實(shí)際屬于潮噴機(jī)，不能實(shí)現(xiàn)真正意義上的濕式噴漿。

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圖7?JPS9U-JL型濕式混凝土噴射機(jī)

為此，小康礦與馬國彥教授團(tuán)隊(duì)正在研究適用于作業(yè)空間狹小的井下環(huán)境的濕式噴漿機(jī)（見圖8）。該噴漿機(jī)由上料裝置、攪拌桶、噴漿機(jī)三部分組成。上料裝置由升降臺(tái)車與底卸式給料槽組成，由底卸式給料槽將砂子、水泥裝倒入立式攪拌桶內(nèi)，節(jié)省人力。攪拌桶將攪拌好的混凝土漏到噴漿機(jī)里，由噴漿機(jī)噴射出去。該噴漿機(jī)由JPS9U-JL型濕式混凝土噴射機(jī)改制，為解決JPS9U-JL型噴漿機(jī)加入混凝土?xí)r易堵塞料杯的缺陷，設(shè)計(jì)將噴漿機(jī)料杯由9個(gè)改為11個(gè)，并對(duì)棄氣閥進(jìn)行了改進(jìn)。該噴漿系統(tǒng)與井下現(xiàn)有的轉(zhuǎn)7型噴漿機(jī)寬度基本相同，不占用橫向空間最大使用高度1.3m，可滿足井下各施工地點(diǎn)的使用要求。攪拌桶可滿足6m³/h~7m³/h的噴漿要求。目前該噴漿機(jī)正在研制階段，有望真正實(shí)現(xiàn)濕式噴漿在井下的推廣應(yīng)用。

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圖8?創(chuàng)新研發(fā)的濕式噴漿機(jī)模型

流變性軟巖支護(hù)、控制技術(shù)，要以詳實(shí)的工程地質(zhì)條件為基礎(chǔ)，規(guī)劃出不同類型的巷道重點(diǎn)需要解決的問題。結(jié)合頂卸壓技術(shù)、恒阻錨索技術(shù)、沿空留巷技術(shù)、注漿錨索技術(shù)、濕式噴漿技術(shù)、高預(yù)應(yīng)力技術(shù)及圍巖改性技術(shù)等。分類進(jìn)行研究，制定支護(hù)、控制方案，突出重點(diǎn)技術(shù)，融匯其他先進(jìn)的技術(shù)，創(chuàng)新出流變性軟巖支護(hù)、控制的科學(xué)有效的新技術(shù)體系。

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作者簡介：王吉?jiǎng)P（1979.12-），男，遼寧撫順人，碩士研究生，高級(jí)工程師，畢業(yè)于遼寧工程技術(shù)大學(xué)采礦工程專業(yè)，就職于小康礦地測大隊(duì)，主任工程師，主要從事采礦、地質(zhì)、測量工程設(shè)計(jì)及技術(shù)管理等工作，曾在各級(jí)刊物發(fā)表論文22篇。??

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