巷道围岩预注浆防突水技术研究

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1、巷道围岩预注浆防突水技术研究摘要：根据岩土有效应力作用原理，分析了动水压力和岩体接触压力间的本构关系，提出了巷道掘进中围岩预注浆防突水控制方案对策。并对止浆岩柱厚度、布孔、注浆参数、工艺等进行了理论分析和工业性试验，经堵水率、围岩物化特性、力学参数等分析对比，认为围岩预注浆控制方案具冇技术可行、经济合理、安全可靠等特点，为布孔设计提供了理论和实践依据，具有实用价值。关键词：巷道；围岩；突水；本构关系；预注浆；试验据统计，矿井井巷涌水量约占矿井总涌水量的50%以上，特别是在井巷通过有水力联系的松软破碎带、断层裂隙带或肓接揭雷含水层时，常因掘进屮巷道阳岩等卸压加载等引起的矿压现象，使巷道围岩

2、产生变形、破坏、坍塌、冒落，当抗压岩柱小于动水压力时，会造成突水灾变事故，危及生产安全。口前现场封堵突水多数是在井巷围岩突水后再进行封堵,这种方法主要缺点是投资大、成本高，封堵效果不明显，且可能造成封堵失败。作者在研究实践屮，提出掘前预测突水，进行围岩预注浆加固封堵井巷突水技术，可较好的控制巷道突水难题，具有显著的经济效益。1突水区围岩本构关系目前有关岩土的木构关系研究的比较多，而侑关围岩突水的木构关系研究的较少，使伟I岩突水的封堵控制缺少理论依据。因此，研究突水围岩的本构关系，采取耦合控制对策是掘巷屮控制突水的关键。本文根据岩土有效应力作川原理，研究并建立了突水巷道的力学模型和木构关系

3、，则关于岩十•结构的有效应力理论对这类破坏性岩体也适用⑴。因此，作用在巷道掘进头的总压力应为动水压力（即孔隙水压力）和围岩岩体压力（有效压力）之和。即：“=cr-p(1)6'=6-P(Ty=ay-p(Ttr=5-p或：，6-£〔6-“(by+6)】(2).6=£0,-“(6+6)]-言PL-E&-“(6+^,)1:纬式中a为岩水作用总压力;（/为岩体之间接触而产生的压力，称有效压力;P为动水压力込八竹、比分别为三向应变；ox、oy、oz分别为三向应力；E为弹性模量；U为岩石泊松比。对突水I韦I岩本构关系进行分析可知，突水前作用在围岩上的应力为总应力。，其值远大于正常掘进时岩体Z间接触作用

4、应力，R突水区围岩多为弱化岩体，受软化、蠕变、松弛、弹性后效等现象影响，使围岩流变明显加大，所以，掘进巷道进入突水区前，作用在掘进工作血上的岩水总压力和围岩变形比正常掘进时要大得多，为保证巷道掘进安全，巷道进入突水区时，应留置足够抗压岩柱且在流变而产牛的破坏范围内注浆加固，才能保证掘进巷道进入突水区时不发生突水灾害⑵。根据有效应力作用原理可知，作用在巷道围岩的总压力为动水压力和围岩岩体压力Z和。所以，巷道注浆加固后，为保证围岩的长期稳定而不发生突水，必须增加围岩的有效压力。’，减小支护体的动水压力P,使。’远大于动水压力P,以保证巷道加固后长期保持稳定不发牛突水现象。因此，围岩注浆强化参

5、数设计实施也是保证后期巷道稳定的关键技术。2工程实例2・1研究概况焦作屮马矿主采煤层为二。煤层。直接顶为粉砂岩，直接底为泥岩、粉砂岩互层，老底为细砂岩。L8灰岩含水层厚度8〜10m,距煤层底板25〜30m。为防突水，一般将人巷布置在煤层顶板岩层中。2004年大巷延仲中，经地质勘测预测，可能要揭露3处较大的出水点,试验巷道揭水点及断层工程特征如图1所示。由图1可以看出，由于受断层的切割，使煤层底板八灰承压水通过断层破碎带经原始导高带进入煤层顶板，掘巷中，在矿山压力作用卞,使巷道底板隔水层屮原有的构造裂隙发展、扩大，进一步降低隔水层的强度和阻水能力，承压水原始导高进一步导升而进人巷道犁性圈，

6、从而为巷道突水的产生创造了条件。由于在天然条件下水压的作用与经过原始构造破坏后的隔水层的阻水能力已大体上处于相对平衡状态，一旦加上掘巷所产生的矿压破坏作用，相对平衡状态即遭破坏，底板突水随Z发生。根据围岩本构关系和有效应力作用原理分析，矿压进一步造成围岩平衡，使有效应力降低，使底板失稳而造成突水。实践表明，掘巷矿压所产生的突水可能在掘巷中，或掘巷后一两年或更长时间后才会发生⑶。这也说明矿压对隔水层的破坏有时有一个时间滞后效应。突水水压可达2MPa,水量最大可增大到4t/min«图丨试验巷道揭水点及詬屋工程待征2.2围岩预注浆方案设计通过上述突水区围岩木构关系分析可知，掘进巷道进人突水区前

7、，作川在掘进工作面上的岩水总压力和围岩变形比正常'掘进时要人得多，因此，巷道进入突水区前，应留进足够抗压岩柱或人工设置混凝十止浆墙，且在流变而产生的破坏范I羽内注浆加同，才能保证不突水⑷。根据工程条件分析，确定预留止浆岩柱作为止浆墙，巷道掘进头到突水区的岩柱留置见图2。图2巷道撮进預留止水岩柱示竄2.3预留止浆岩柱厚度确定预留止浆岩柱厚度是关键参数，可按下式汁算:式中x为止浆岩柱厚,m；P为注浆终压,MPa;S为止浆岩柱断面积,m2