破碎软岩大巷壁后注浆加固技术研究

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1、破碎软岩大巷壁后注浆加固技术研究摘要：介绍了破碎软岩壁后注浆作用机理，以平禹一矿机轨合一大巷为例，对注浆参数、设备、工艺流程以及注浆效果作了详细的论述，通过工程实践取得良好支护效果。关键词：作用机理；注浆参数；注浆工艺；注浆效果1.概况平禹一矿东翼机轨合一大巷布置在二1煤顶板10m以上的泥岩中，该巷道原大部分采用“U36+喷射混凝土”支护。因巷道断面大、围岩层理发育，巷道掘出一段时间后，大部分区域喷层开裂、脱落，底臌严重，断面缩小，无法满足安全生产的要求。经过多次反复扩修，也根本达不到支护阻力的要求。为了提高围岩本身的承载性能，决定扩修后采用壁后

2、注浆支护技术方案。2.壁后注浆加固技术的作用机理壁后注浆加固巷道围岩是采用圆钢管作为锚杆，并兼作注浆管使用。其支护原理主要包括以下几个方面：（1）壁后充填加固作用壁后进行注浆充填，外荷载均匀地传递给支架，使支架承受均布荷载。同时，注浆充填层可吸收围岩部分变形能及变形量，减少支护及围岩变形的剧烈程度。（2）裂隙充填与压密作用注浆浆液可以将相互连通的岩体裂隙充满，并将破碎的围岩胶结成整体，抑制围岩流变。同时还可将充填不到的封闭裂隙和孔隙压缩，从而对岩体整体起压密作用，岩体弹性模量、强度相应提高。（3）网格骨架作用注浆浆液经挤压或渗透到围岩裂隙中固结，

3、会形成新的网格骨架结构，固结体具有良好的韧性和粘结性，承受外载时表现出更好的塑性，可以承受较大的变形而不破坏，从而改善巷道维护状况。（4）注浆浆液对锚杆杆体抗腐蚀性得以加强注浆浆液充入杆体周围后，一方面使杆体全长受到防锈钝化膜的保护。同时注浆浆液对锚杆也起到了很好的加固作用，从而保证了锚杆自身的长期稳定性。（5）注浆为锚杆提供可靠的着力基础良好的注浆效果可实现锚杆在全长范围内良好的锚固效果，为锚杆提供可靠的着力基础，进一步保证了巷道内层结构的承载能力。（6）对锚喷支护的增强作用注浆浆液可以强化喷层与围岩的粘结作用，维护喷层稳定，使端锚型锚杆转为全

4、长锚固型。经围岩注浆加固，使频于破坏的锚喷支护体转变成高强的喷锚注加固圈，可以使围岩变形速度大大降低，实现长期维护。（7）水泥基注浆材料固结破裂煤岩体的性能得以增强破裂煤岩通过水泥基注浆固结体，其固结体延性增大，变形能力、强度、稳定性显著增加，这有利于形成适应大变形的承载结构。3.注浆参数设计东翼机轨合一大巷注浆加固采用一次注浆方式，在围岩裂隙较小，注浆困难的位置进行二次注浆加固。（1）注浆孔深及间排距注浆孔深取决于巷道围岩的渗透性和浆液的流动性，根据巷道围岩裂隙发育的经验公式：………………………………（公式1）公式中：R—围岩破碎圈半径（m）；

5、γ—岩层平均密度，H—巷道埋深（m），Rc—岩石抗压强度(MPa)，a—巷道半径(m)。经公式1计算，得出裂隙发育的范围为1.92m，考虑围岩的渗透性和注浆加固的目的，取一定的安全系数，设计注浆孔的深度为2.5m。注浆孔的间排距根据浆液扩散距离设计，而扩散距离受注浆压力、浆液流动特征、裂隙开度、产状及分布特征和注浆工艺等因素影响。根据试验段的现场写实，巷道单孔浆液扩散距离为3.5米以上。为了确保安全，设计注浆孔排距为4.8米，间距为2米。（2）注浆压力本次注浆压力主要用于克服浆液在裂隙中的流动阻力，注浆压力一般控制在1～2.5MPa，并在施工中根

6、据注浆量适时调整。（3）注浆时间及注浆量注浆时间是指单孔注浆时浆液从注入巷道围岩到结束所需的时间，为保证注浆效果，单孔注浆时间控制5min左右。注浆量随不同部位的破裂程度、裂隙分布情况是不一样的，按理论公式估算如下：单孔注浆量：………………………………………（公式2）式中：Q1—单孔注浆量λ—浆液损失系数，取1.2β—充填系数，一般取0.7R—浆液扩散半径m,取1.0mh—注浆深度m，取2.5mn—有效裂隙率，取1%m—结石率，取0.9将有关数据代入公式2计算，每个注浆孔需0.0733m3浆液，约110Kg水泥。每米巷道的注浆量：……………………

7、………………（公式3）式中：Q2—巷道每米注浆量L—巷道轴向长度，取1mr1—巷道裂隙发育的外半径，取4.52mr2—巷道半径，取2.6m将有关数据代入公式3计算，每米巷道注浆需0.4m3浆液，约600Kg水泥。4.注浆管及注浆材料（1）注浆管加工注浆管采用无缝钢管制作,钢管直径φ22mm,壁厚为2.5mm,杆长2m，杆体上每隔200mm均匀钻出φ8mm注浆孔，一周3个孔，不在同一圆周上，管口螺纹M22，螺纹长50mm，管终端呈稍扁状,以增加注浆出口压力，安装时钢管外露30mm，用快硬水泥封孔。（2）注浆材料为节约注浆成本，注浆材料首选32.5级

8、普通硅酸盐水泥，水灰比取0.6～1.5，根据现场施工浆液的渗透性调整水灰比，为了保证注浆固结巷道围岩的强度，水灰比不宜过多，采用掺入高效