注浆加固技术在软岩支护中的应用

文/孙俊东

一、概况

平庄煤业集团六家煤矿北翼运输大巷原设计为锚网喷支护，施工过程中发生严重变形。为阻止变形，在锚喷巷道内套400mm厚料石碹，施工过程中料石碹又被压坏，又在料石碹基础上架设11＃工字钢加砼支护。北翼运输大巷拉门点向里320m范围内从交付使用起巷道就开始变形，局部底鼓可达3m厚。

对北翼运输大巷进行返修的方法是在原支护基础上套200mm砼，底板用400mm厚料石砌拱，并另掘一条辅助巷运输，为返修创造条件。

二、北翼运输大巷加固总体方案

根据北翼运输大巷围岩性质和地质构造情况，巷道两帮、顶板用化学浆与水泥浆相结合的注浆加固方案，底板采用组合强力锚索加注水泥浆的方案。

用化学浆对巷道围岩进行浅部注浆加固，封堵表面裂隙，使巷道形成一个具有较强韧性和抗剪能力的拱形圈。在巷道表面围岩内注化学浆的同时，在巷道围岩深部高压注水泥浆，以进一步充填深部裂隙，与巷道围岩浅部的化学浆加固圈一起形成一个更大的密实岩体，从而大幅度提高围岩的整体性和抗变形能力。

由于巷道底板岩性松软，遇水膨胀，底鼓严重，单靠注水泥浆不能有效控制底鼓，决定在底板浅部3m范围内注水泥浆的基础上，采用底板组合强力锚索与底板深部注水泥浆相结合的加固方法。

三、巷道围岩化学注浆加固方案

1.注浆参数设计

(1)注浆孔布置。化学注浆孔，排距2.5m，间距以顶板中心为点向两帮均匀布孔，孔距1.5m，孔深2.0m；水泥注浆孔分为浅孔与深孔，排距2.5m，在两排化学浆孔之间布孔，间距以顶板中心为点向两帮均匀布孔，孔距1.5m，浅孔深2.0m，深孔深7m。

(2)注浆压力。浅孔化学注浆终压3MP，水泥注浆终压8MP。

(3)扩散半径。通过调整浆液的渗透性和注浆终压，保证实际有效扩散半径不小于孔间距的0.65～0.75倍，保证注浆孔的渗透范围有一定的交叉。

(4)注浆量。化学浆单孔注浆量按公式Q=AπR2Hnbm/1.3计算，式中：A—浆液的损耗系数；R—浆液有效扩散半径；H—注浆孔深，取2.0m；n—孔隙率，n=1.2；b—注浆充填系数，b=0.7；1.3—平均重复注浆系数；m—浆液密度，取1250/m3；则：Q=1.01×3.14×1.32×2.0×0.012×0.7×1250/1.3=83，即单孔化学注浆量Q=83；水泥浆预计注浆量按经验数据，预计每米巷道水泥注浆量为1.5吨。

2.巷道围岩注浆施工工序

(1)钻孔施工。施工时倾角、间排距、孔深等参数应尽量符合设计要求，一般倾角误差不超过5°，间距误差不超过300mm。

(2)注浆施工。注浆系统一部分为化学注浆系统，另一部分为水泥注浆系统，采用双液注浆系统。

制输浆，采用机械制浆。水灰比为0.6～0.8∶1，水玻璃浓度为20～30Be，水玻璃用量一般为水泥用量的3～20%。注浆泵排浆端采用￠16mm或￠19mm高压胶管输送。

压注，采用双液注浆。根据压注设备的初始排量，要时刻注意观察注浆孔周围的碹壁情况，同时密切注意注浆泵的工作状况，发现异常立即处理，各孔浆液的浓度控制原则均为先稀后浓。一般情况下，注浆压力升至8MP并维持5分钟即可结束注浆。

注浆完毕后应立即将两路吸浆管改吸清水，清洗泵腔和管路。制浆机、注浆泵等主要设备应每班维修并加油，每压注水泥15吨进行一次大修。

(3)化学注浆压力。根据巷道的承受能力，当供风量不低于3m3/min，供风压力不低于0.5MP时，设计注浆终压为3MP。

四、底板预应力组合锚索施工方案

1.底板组合锚索规格及钻孔参数设计

(1)注浆加固范围。北翼运输大巷拉门点向里320m范围。

(2)底板锚索规格。锚索选用3根直径为Φ17.8mm、长度为15.5m的钢绞线作为一束大锚索，头部300mm段编织成串珠状，以利用固结增强锚索拉力。锚索单根强度级别为1860MP，破坏负荷350.0KN，则3根锚索其破坏荷载为1050.0KN，采用注浆方法对底板锚索进行锚固。

(3)钻孔参数。锚索钻孔孔径为Φ90mm；底板破碎时开孔孔径为Φ130mm，下Φ127mm孔口管，孔口管长度1.5m。中间孔为垂直孔，两边孔外摆15°。

(4)锚索布置。采用排式布置方式，锚索排距3m ,间距1.5m，采用五花眼布置，配用400×400×16mm和200×200×12mm 钢托盘各一块。大巷加固段设计共布置321组。采用锚索张拉器张紧至单根钢绞线80KN。

2.施工工艺

(1)因底板比较松软破碎，先对底板进行水泥浅孔注浆，排距3m，每排3个孔，孔深2.5m，注浆压力不大于3MP。

(2)孔口处理。提前清除碎渣，必要时用水泥、水玻璃处理孔口，以防塌孔。

(3)钻孔。用Φ90mm钻头打到终孔位置。难于成孔时，先用风动钻机配Φ130mm钻头按设计方位、角度钻进1.5m时停止钻进，下Φ127mm孔口管，再用水泥-水玻璃双液浆固管，待浆液凝固后，从孔口管内用Φ90mm钻头打到终孔位置。

(4)锚索初期安装。将已经解开顺直的装有导向帽的锚索推送入孔直至孔底，然后灌入42.5普通硅酸盐水泥配制的水泥浆40升；用水泥编织袋堵塞锚索孔口，在锚索孔四周挖坑，规格为500×500×200mm，坑底开凿注浆管引出导槽，规格为250×50×50mm；取出编织袋，用棉丝或水泥袋缠绕在锚索上，用钻杆将其顶至距孔口2.5m处，深部注浆孔内5～6m，将深部注浆管和封孔注浆管引到孔外；7天后铺设底网、工字钢梯形梁、中间网并安装托盘，进行预紧力张拉，要求单根拉力50KN。

(5)封孔。通过预埋的封孔注浆管对封孔段进行波雷因封孔注浆，通过预埋的深部注浆管对锚索孔的3～10m深处进行注浆，注浆压力5～8Mpa。7天后进行二次张拉，要求单根拉力80KN。

(6)浇砼和预埋注浆管。现场浇注前将Φ42mm的底板注浆管与底网、中间网捆绑在一起，为最后的底板浅部注浆做准备。混凝土浇注7天后，进行扫孔、浅部注浆，注浆压力不大于4MP。

施工过程中，现场操作人员应当按照严格执行相关施工技术要求，确保钻机符合运行要求并进行性能检查。任何参与注浆人员必须熟知要加固地点相关的作业规程及操作要求，熟悉避灾路线。