一種頂板淋水主斜井預(yù)應(yīng)力注漿錨索堵水支護(hù)加固試驗(yàn)
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作者：鄭曉敏
中空注漿錨索具有施工工藝簡單、易控制、支護(hù)效果好等特點(diǎn)，在軟巖巷道、煤層頂板巷道、地質(zhì)構(gòu)造破碎巷道，都得到重要的應(yīng)用，并取得了良好的支護(hù)效果。
1 古城礦主斜井淋水概況
古城礦主斜井全長2019 m，傾角150。表土層段長540 m，采用凍結(jié)施工方法施工井巷，現(xiàn)場觀測支護(hù)效果較好，未發(fā)生淋水狀況。斜井沿長度從540 m到2019 m為基巖段，采用錨網(wǎng)索噴支護(hù)方式施工井巷。在主斜井長度547 m后打設(shè)錨索孔時(shí)，錨索孔出現(xiàn)淋水現(xiàn)象，部分錨索孔淋水水量較大。故在主斜井580～880 m長度段內(nèi)未進(jìn)行頂板錨索支護(hù)。雖然在短期內(nèi)巷道并未發(fā)生大的礦壓顯現(xiàn)，但古城礦主斜井服務(wù)時(shí)間較長，對支護(hù)的要求高，頂板錨索的長時(shí)間缺失對其穩(wěn)定性影響甚大，甚至成為安全隱患。
為探明頂板含水層分布和頂板淋水分布規(guī)律，分別在沿主斜井長度580 m、640 m和720 m處進(jìn)行鉆孔探水，根據(jù)鉆孔返水顏色推測巖性（砂巖與粉砂巖段返水顏色為灰色、白色或灰白色，泥巖段返水顏色為紅色或紫紅色，砂巖泥巖互層返水顏色為時(shí)而白色時(shí)而紅色）。通過對古城礦斜井頂板巖性分布與探放水鉆孔所揭?guī)r性數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在主斜井里程580～740 m存在兩段含水層，頂板存在很多強(qiáng)度較低的泥巖巖層，開挖后在原巖應(yīng)力的作用下，容易產(chǎn)生裂隙。安裝錨索時(shí)，錨索孔導(dǎo)通裂隙水，造成頂板圍巖裂隙水流出，嚴(yán)重影響支護(hù)效果和施工進(jìn)度。對于該種情況，現(xiàn)今最好的辦法是抽排頂板水，但古城礦頂板裂隙水量大，抽排時(shí)間長，會(huì)影響主斜井的掘進(jìn)速度，因此對古城礦主斜井頂板淋水段宜采用注漿錨索支護(hù)。
2 注漿錨索堵水及支護(hù)參數(shù)
2.1 注漿錨索參數(shù)設(shè)計(jì)
所選取的中空注漿錨索由8根金屬絲圍繞直徑約為7 mm的金屬圓管制成，其封孔裝置包括密封卡箍、膨脹軟膠管、塑料硬管，注漿錨索結(jié)構(gòu)見圖1。注漿材料選取425 #普通硅酸鹽水泥添加ACZ-1型添加劑（添加劑占水泥量8%），注漿終壓設(shè)定為8 M Pa。注漿材料具有早強(qiáng)、高強(qiáng)，流動(dòng)性好等特性，有利于保證注漿效果。
注漿錨索的排距主要由給定條件下的注漿漿液擴(kuò)散范圍確定。為保證注漿錨索堵水效果，要求相鄰錨索注漿漿液擴(kuò)散范圍有一定程度的貫通。相鄰錨索注漿漿液擴(kuò)散狀態(tài)見圖2。O1點(diǎn)和O 2點(diǎn)為兩相鄰錨索的中點(diǎn)，兩處錨索注漿漿液擴(kuò)散范圍分別為O1圓和O2，可以看出，兩錨索注漿漿液各自的理論擴(kuò)散范圍內(nèi)存在重疊區(qū)域p，重疊區(qū)域飽和后漿液將沿圖中箭頭所示方向 向o區(qū)域和q區(qū)域擴(kuò)散直至最后形成圖2中的漿液擴(kuò)散區(qū)域m、n、0、p和q。
式中：Sa一一注漿錨索間距，m;
a——注漿錨索承擔(dān)的有效寬度，根據(jù)錨索排距計(jì)算結(jié)果取為1.6 m;
將數(shù)據(jù)代人式(6)計(jì)算可得錨索間距為2. 34 m，根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)以及出于安全考慮，最終
設(shè)計(jì)錨索的間距為2m。
2.2 支護(hù)方案
根據(jù)上述對錨索注漿參數(shù)的計(jì)算，對古城礦主斜井頂板淋水段進(jìn)行重新加固，巷道支護(hù)布置如圖4所示。
(1)拱頂部每排布置13根錨桿，墻部每排布置4根錨桿。頂部錨桿間排距為800 mm×
800 mm，直墻部兩根錨桿間距700 mm。錨桿選用
22 mm×2400 mm左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，每根錨桿配K2335和22360樹脂錨固劑各1支，配套規(guī)格為150 mm×150 mm×10 mm蝶形托盤、調(diào)心球墊、尼龍墊，選用16圓鋼加工而成的鋼筋托梁。錨桿扭矩力不小于350 N．m，錨桿錨固力為100 k N。
(2)注漿錨索間排距為2000 mm×1600 mm，每排布置3根。選用22 mm×8300 mm預(yù)應(yīng)力中空注漿錨索，每根錨索配1支K2335和3支Z2360樹脂錨固劑，每套錨索配套規(guī)格為300 mm×300 mm×16 mm碟形托盤、調(diào)心球墊、尼龍墊圈。錨索配套鉆孔為28～32 mm，錨索的破斷力不低于400 k N，錨索的預(yù)緊力大于150 k N。
3現(xiàn)場注漿試驗(yàn)
3.1 注漿量與出水量統(tǒng)計(jì)
主斜井井筒540～740 m段頂板上方大的出水點(diǎn)大概有5處，在巷道右側(cè)可以明顯觀察到幾處較大的出水點(diǎn)，巷道總的涌水量大概在30 m3／h左右。在主斜井里程590 m處進(jìn)行試驗(yàn)注漿，共打設(shè)6排注漿錨索。沿主斜井巷道掘進(jìn)方向，將每孔的注漿量和出水量分別按照排數(shù)和巷道截面不同位置繪制成相關(guān)關(guān)系的曲線圖，如圖5和圖6所示。
根據(jù)圖5和圖6可知，每排注漿錨索孔出水總量隨排數(shù)增加而逐漸降低，第一排、第二排、第三排3個(gè)注漿孔出水量占試驗(yàn)段總出水量的27.7%、24. 8%和21. 4%，后3個(gè)孔出水量之和僅占總出水量的26%;由于巷道注漿錨索是按照巷道走向施工，注漿錨索孔的出水量隨排數(shù)的增加逐漸減小，前排注漿施工對后排注漿錨索孔出水產(chǎn)生很大的限制作用。對比巷道截面不同位置的出水量，巷道右肩位置注漿錨索孔出水量最大，占總出水量的64%，中間位置出水量稍少，占總出水量的26%，左肩總出水量最小，僅占總出水量的10%。
在6排錨索注漿范圍內(nèi)，達(dá)到同樣的注漿終止壓力8 M Pa時(shí)，每排的注漿量變化不大，平均為117 kg，表明頂板裂隙沿巷道軸向方向發(fā)育較均勻。但巷道截面不同位置的注漿量差別較大，其中巷道左肩位置注漿量為150 kg，中間位置注漿量為312.5 kg，右肩位置注漿量為237.5 kg，說明巷道頂板中間的裂隙發(fā)育程度明顯高于兩肩處，其中左肩位置的裂隙發(fā)育情況最低，巖石完整性強(qiáng)。
3.2 注漿試驗(yàn)段效果
對現(xiàn)場的施工質(zhì)量進(jìn)行了實(shí)時(shí)觀測，選取第一排、第四排和第六排注漿錨索施工效果進(jìn)行對比分析。
第一排注漿前頂板右肩位置水從注漿錨索孔中涌出，中間孔水流成線，左肩位置呈滴水狀，說明第一排右肩位置和中間位置出水量較大，頂板裂隙發(fā)育程度大；注漿后3孔堵水效果良好，沒有水從孔中或附近流出。
第四排注漿前水從頂板右肩位置和中間位置錨索孔緩慢流出，左肩位置錨索孔有“滴水成線”現(xiàn)象，3個(gè)位置頂板裂隙發(fā)育均勻且頂板出水量都不大；注漿后3個(gè)孔堵水效果良好，沒有水從孔中或附近流出。
第六排注漿前頂板中間位置水從錨索孔中緩慢流出，左肩位置孔有水滴出，右肩位置無出水現(xiàn)象，說明頂板3個(gè)位置裂隙發(fā)育弱或裂隙已經(jīng)被前排注漿液填充，出水較少；注漿后3孔堵水效果良好，沒有水從孔中或附近流出。
綜合注漿錨索施工效果來看，注漿前巷道頂板錨索孔經(jīng)過噴漿后仍在滲水，注漿后注漿錨索孔和附近的錨桿孔未出現(xiàn)滴水或流水現(xiàn)象，通過注漿有效控制了頂板裂隙水的流出，使錨索施工得以進(jìn)行。
4應(yīng)用效果
為驗(yàn)證頂板注漿錨索聯(lián)合錨網(wǎng)噴的支護(hù)方式對頂板的支護(hù)加固效果，在注漿錨索試驗(yàn)段設(shè)置礦壓觀測站，注漿試驗(yàn)段巷道表面收斂情況如圖7所示。
由圖7可以看出，頂板最大下沉量為8 mm，底板最大鼓起量為6 mm，頂?shù)装逡平繛?4 mm，頂板下沉量要略大于底板鼓起量，說明頂板裂隙發(fā)育后在頂板水的影響下，頂板巖石強(qiáng)度弱化，而底板相對完整。巷道左幫最大位移量為4 mm，右?guī)妥畲笪灰屏繛? mm，兩幫移近總量為11 mm。巷道變形主要集中在注漿錨索安裝后9d時(shí)間內(nèi)，位移量很小，表明注漿錨索對巷道頂板的支護(hù)加同效果明顯。
5 結(jié)論
(1)中空注漿錨索符合古城礦主斜井支護(hù)和掘進(jìn)施工的需要，操作方便，安裝方便可靠。
(2)實(shí)踐表明，中空注漿錨索對主斜井頂板裂隙淋水的支護(hù)效果很好，有效起到了堵水加固作用，有利于主斜井巷道的長期穩(wěn)定。
6摘要針對古城礦主斜井頂板錨索孔導(dǎo)通裂隙水，導(dǎo)致頂板淋水嚴(yán)重，通過對主斜井淋水段實(shí)地鉆孔探放水，分析了頂板含水層分布及淋水規(guī)律．設(shè)計(jì)了適合該工程狀況的注漿錨索支護(hù)方案及注漿參數(shù)，并在現(xiàn)場進(jìn)行注漿試驗(yàn)，進(jìn)而推廣到主斜井淋水段支護(hù)中。礦壓觀測結(jié)果表明，注漿錨索堵水加固支護(hù)在古城礦主斜井淋水段取得了成功。
