第45屆等級獎論文---劈裂灌漿技術在小康礦W3-101運回順的應用
小康礦??王吉凱 ??馬中軍 ??宋凱 ?????
摘要：針對流變性軟巖灌漿加固技術存在的問題。在W3-101工作面運、回順推廣應用中，通過采取地質(zhì)構(gòu)造帶特殊底板加固措施；改進灌漿孔布置、注頭及堵漏方式；取得了較好的圍巖加固效果。
關鍵詞：劈裂灌漿；圍巖加固；應用改進
1 引言
流變性軟巖灌漿加固技術，2019年6月開始在W3-101工作面運、回順推廣應用。針對S2N5試驗段存在的問題，在W-101運、回推廣應用中，通過對斷層、無煤帶、應力集中區(qū)等地質(zhì)構(gòu)造帶，進行底板特殊加固處理、改進施工工藝。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、回順的正常使用。下一步將進行中空注漿錨索（錨桿）技術、濕式噴漿技術等與劈裂灌漿加固技術的組合研究、試驗。為今后形成以“流變性軟巖灌漿加固技術”為核心的完整技術體系打下基礎。逐步達到取消金屬棚、實現(xiàn)巷道無翻修的目標。
2 構(gòu)造帶底板加固
針對斷層、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。以加強對底板底鼓控制（見圖1）。
底板混凝土蓋板：水泥為Po42.5級普通硅酸鹽水泥，砂為細砂，石子選用粒徑為5～10mm的碎石，灌注混凝土的強度不低于C25。兩幫底角與底板接合部位，混凝土必須接合嚴密、充嚴注實。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小時以后，按水固比0.52:1調(diào)制好漿料，灌漿時利用回漿管調(diào)節(jié)壓力，灌漿壓力逐漸升高，直至壓力達到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
3.1 注頭改進
S2N5回順試驗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，注頭的進漿端頭預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，不利于漿液擴散；沒有回漿管，孔內(nèi)形成氣柱后，影響灌漿效果。進漿管過短，不能起到類似錨桿全長錨固的支護效果。?
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圖2?S2N5回順用注頭結(jié)構(gòu)圖
W3-101運、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?；貪{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效果。
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圖3?W3101運、回順改進后注頭結(jié)構(gòu)圖
S2N5回順試驗段，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（8個蓋板灌漿孔、8個劈裂灌漿孔），見圖4。弊端是：灌漿孔過于集中，造成局部漿液灌不進去；排距遠，漿液很難擴散至兩排灌漿孔之間、灌漿效果差。
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圖4?原灌漿孔布置平面展開圖
W3-101運、回順每排布置7個蓋板灌漿孔，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、頂補強錨索布置。優(yōu)點是：灌漿孔分布均勻，不會產(chǎn)生局部漿液過剩，造成二次打眼困難；排距合理，滿足漿液擴散要求、灌漿效果好。漿液擴散后與錨索握裹，對錨索全長錨固。
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○—蓋板灌漿孔；△—劈裂灌
2.3 堵漏方式改進
S2N5回順試驗段是在灌漿施工過程中，對漏漿處用堵漏劑進行堵漏，往往由于漏點多，難以控制。W3-101運、回順采取灌漿前堵漏，即灌漿前對錨桿托盤、卡子、拉條及管線后巷幫等，可能會漏漿的部位，用堵漏劑進行封堵。堵漏方式改進后，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，未灌漿加固的運順（1670m~1560m），受采動影響約90m范圍內(nèi)，棚子變形嚴重、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)采動壓力檢驗，底梁無反拱、支起，超前支護段只需拉底處理，既能滿足工作面通過?；仨槼肮ぷ?/span>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，完全滿足運輸、行人及通風等生產(chǎn)要求，無需翻修。
5.1 開展注漿錨索應用研究
下一步將重點研究注漿錨索與灌漿加固技術的結(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度。形成注漿錨桿、錨索與圍巖內(nèi)混凝土網(wǎng)絡骨架的結(jié)合力。達到加固圍巖、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。
設計施工方案：噴漿（50~100mm厚）→鉆φ35mm鉆孔（7m深）→擴孔至φ75mm（1m深）→安裝注漿錨索→安裝套管→復噴混凝土（100mm厚）→上膠墊、托盤及鎖具、進行張拉（預緊力10t）→灌漿。在中空注漿錨索與注漿管路連接處接設截止閥，待注漿結(jié)束40分鐘后拆下截止閥，清水沖洗，重復使用。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?濕式噴漿應用研究
目前，國產(chǎn)的礦用濕式噴漿機（見圖7）體積大、占用巷道空間；給料槽高，人工上料費事；并且需要在噴漿機加水，實際屬于潮噴機，不能實現(xiàn)真正意義上的濕式噴漿。
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為此，小康礦與馬國彥教授團隊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（見圖8）。該噴漿機由上料裝置、攪拌桶、噴漿機三部分組成。上料裝置由升降臺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里，由噴漿機噴射出去。該噴漿機由JPS9U-JL型濕式混凝土噴射機改制，為解決JPS9U-JL型噴漿機加入混凝土時易堵塞料杯的缺陷，設計將噴漿機料杯由9個改為11個，并對棄氣閥進行了改進。該噴漿系統(tǒng)與井下現(xiàn)有的轉(zhuǎn)7型噴漿機寬度基本相同，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。目前該噴漿機正在研制階段，有望真正實現(xiàn)濕式噴漿在井下的推廣應用。
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圖8?創(chuàng)新研發(fā)的濕式噴漿機模型
流變性軟巖支護、控制技術，要以詳實的工程地質(zhì)條件為基礎，規(guī)劃出不同類型的巷道重點需要解決的問題。結(jié)合頂卸壓技術、恒阻錨索技術、沿空留巷技術、注漿錨索技術、濕式噴漿技術、高預應力技術及圍巖改性技術等。分類進行研究，制定支護、控制方案，突出重點技術，融匯其他先進的技術，創(chuàng)新出流變性軟巖支護、控制的科學有效的新技術體系。
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作者簡介：王吉凱（1979.12-），男，遼寧撫順人，碩士研究生，高級工程師，畢業(yè)于遼寧工程技術大學采礦工程專業(yè)，就職于小康礦地測大隊，主任工程師，主要從事采礦、地質(zhì)、測量工程設計及技術管理等工作，曾在各級刊物發(fā)表論文22篇。??
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