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锚注技术在塘子凹坑巷道加固堵水中的应用

更新时间:2009-03-28

锚注技术是20世纪80年代后期发展起来的一种支护工艺和技术〔1-3〕,它是注浆技术和锚杆加固支护技术的有机结合,在注浆的同时提高岩体稳定性〔4〕,达到控制巷道围岩变形、涌水、渗水的目的,提高巷道掘进速度、降低巷道维护成本〔5-6〕。云锡集团公司近年来随着开采深度的增加,在松散、风化花岗岩岩体中掘进时常遇到片帮、冒顶,掘进后底臌、变形现象严重,特别是在水体作用下,上述问题更加突出,掘进效率非常低下,平均效率0.2~0.4 m/工班,且巷道返修频繁。本文对塘子凹坑1725中段接触带破碎岩体地下水采用锚注技术治理方案进行研究,以期使原来的大量涌水、淋水现象得到根本消除,同时实现破碎岩体有效加固。

1 试验段工程概况

锚注加固试验位于云锡塘子凹坑1725东巷风化花岗岩与大理岩接触带上,锚注巷道长度为12 m左右。见试验段位置及锚注加固示意图如图1所示。其锚注段围岩岩性为:浅白色半风化、风化花岗岩,局部见不规则电气石穿插;黏土;褐色、棕色矿化大理岩夹浅灰色风化矽卡岩;褐色矿化大理岩夹白色层状大理岩。

  

图1 试验段位置及锚注加固示意图Fig.1 Sketch of location of the test section and reinforcement by bolt and grouting

围稳定性较差,在巷道开挖几天内,顶板冒落与片帮随即发生。矿区的含水层大都在花岗岩与大理岩的接触带上,考虑到1725巷道有一段膨胀花岗岩软岩巷道与此破碎带相连,提出用锚注的方法来加固破碎接触带,其目的之一是提高破碎带巷道的稳定性,达到永久支护的目的;二是将接触带中裂隙水排至大理岩层中,防止裂隙水通过破碎接触带进入花岗岩岩层中,减少对花岗岩的浸蚀,增强花岗岩巷道的自稳能力,为花岗岩软岩巷道的进一步治理提供施工方便。图2为该断面的淋水情况。

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图2 注浆段巷道渗水情况Fig.2 Seepage condition of roadway in grouting section

2 锚注支护技术及参数

2.1 注浆孔布置

根据该巷道的淋水情况,在大量初期调查、试验的基础上,提出如下布孔方式。设计的注浆孔布置为两帮、顶板注浆,拱部3个注浆孔,两帮各3个注浆孔。为了对底部进行加固,在巷道的两脚各布置一“扎脚”注浆锚杆。注浆孔间距为0.7~0.8 m,注浆孔排距取1.0 m,注浆孔深度取1.6 m,注浆孔交替布置,注浆孔布置见图3。

  

图3 注浆孔布置图Fig.3 Layout of the grouting holes

2.2 注浆压力的确定

根据相似注浆工程经验,井下巷道注浆压力不超过5 MPa为宜。由于在云锡公司塘子凹矿1725锚注试验段巷道岩体较为破碎,根据以往经验判断注浆压力不会很大,与此同时在局部的泥岩及高应力岩体中,岩体结构相对较为致密,需要的注浆压力较大。综合分析,初步确定在塘子凹井下注浆试验段注浆压力为2~5 MPa,在试验过程中根据巷道岩体结构的变化情况及时调整注浆压力。

2.3 裸巷表面处理

1)钻孔并安装注浆管。按照设计在巷道壁面施工注浆钻孔,钻孔直径41 mm,钻孔施工完成后,进行注浆管的安装与封闭。为了确定浆液的有效流动,按照梅花形来均匀布孔。为了便于施工,注浆帮眼可倾斜10°。在施工过程中应严格控制钻孔质量,当钻孔角度、位置、深度与设计出入较大时应重新打孔、注浆。钻孔施工或安装锚杆后,巷道壁面基本不再涌水而改从注浆管或钻孔内集中排水,为后续的巷道壁面喷射混凝土创造了条件。

3 注浆材料、设备的选择

3.1 注浆材料

注浆采用水泥单液或水泥—水玻璃双液浆,水灰比0.7∶1~1∶1。这种注浆材料的主要特点是〔7〕:1)浆液凝胶时间可以从几秒到几十分范围内随意调节;2)材料来源丰富、价格便宜,注浆成本低;3)浆液配置简单容易掌握;4)浆液黏度低、流动性好、可注性强,能进入细小裂隙和孔隙中。

3.2 封堵药包的研制

参考文献

药卷为空心型,外径40 mm,内径22 mm,长200 mm,刚好可以套在注浆管上。药包可根据空隙尺寸的大小来设计,使其装药后能够填满锚杆和钻孔之间的空隙,药包长设计为200 mm。在使用时,把药包包裹在锚杆上,用细线或胶布困扎固定。由于药包包裹后一般会存在一定的缝隙,施工时应注意不同药包缝隙的错位,以便防止压力浆液从缝隙中流出。使用时,把安装在注浆管上的药卷或药包放在水中浸泡1~2 min,当不再冒泡时便可安装到钻孔内。一般经过4 h或1个班的凝固、固结,便可开始注浆。使用药卷的数量一般为3~4节,可根据注浆压力的大小而随意调节。

3)备料。井下锚注试验过程中应确保有足够的施工材料,避免巷道涌水对材料损害。一般在试验段备料1~2 t为宜,便于注浆能够连续进行。

3.3 注浆锚杆与封孔

采用无缝钢管来加工注浆锚杆,锚杆长度在钻孔长度基础上增加100 mm。试验采用的锚杆内外径分别为21mm、15 mm,锚固长度0.8 m,注浆段如图4所示交替布置射浆孔。锚固段采用空心快硬膨胀水泥卷锚固,锚固段又是注浆密封段,其结构见图4。封孔时将水泥药卷提前在水中浸泡1~2 min后与锚杆一同送入钻孔,用机具冲击锚杆端部,使锚杆、药卷与孔壁岩体能够紧密黏结进行封孔。

  

图4 外锚内注式锚杆结构示意图Fig.4 Sketch map of the bolt structure

3.4 注浆泵

在井下注浆过程中,注浆泵是注浆成功与否的关键,经过多方调研,结合云锡塘子凹井下实际情况,选用KBY-50/70型单、双液压力可调式注浆泵。

3.5 注浆过程

为了提高注浆效率,减少跑浆现象,对裸巷壁面采用喷射混凝土处理,喷浆层厚度不少于5 cm。该措施可有效减少浆液从巷道壁面的裂隙中渗出,收到较好的效果。但试验中也发现,在巷道注浆压力达到5 MPa时,喷浆层发生爆裂,出现破坏。

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2)巷道的喷浆处理。为保证注浆效果,在注浆前应对支护段巷道进行喷浆处理。喷浆处理后,喷层可有效防止注浆浆液从岩层裂隙中流出,进而提高了注浆质量。注浆段的喷层质量需要给予特别关注,如果喷层质量不高,则容易导致喷层破裂而发生漏浆,造成浆液不能向岩体深部渗透,影响了注浆加固堵漏的效果。对该类情况需要进行处理时,一般采用补注和加固巷道壁面。

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4)注浆系统布置。注浆系统包括注浆泵、搅拌机、蓄浆池、连接管路等。在注浆中,把注浆系统全部安装在平车上,可沿轨道移动,减少了设备不断搬运的困难。

(6)注浆次序。为了提高注浆效果,采用跳排注浆次序,即先注1、3、5、7、9、…排,后注2、4、6、8、…排,同一排先脚后拱(顶)。通过该次序的注浆,有效解决了注浆不均匀、浆液漏失、注浆安全等问题。

 

表1 锚注设备及其配件

 

Table 1 Bolting and grouting equipment and accessories

  

名称规格型号数量说明注浆泵KBY-50/70型1流量50L/min,压力0.1~7MPa搅拌桶300L1混合器特制三通1带自锁装置Y28钻机1ϕ38mm钻头注浆锚杆长1.6m,锚固段0.8m,尾部螺纹长100mm若干无缝钢管,内径15mm,外径21mm封孔药卷内径22mm,外径40mm,长度200mm若干四种混合材料制作

5)注浆过程。按照浆液配比制备合格的浆液。注浆时首先用清水试注,当注浆管路流通后再将吸浆管插入蓄浆池,开泵注浆。注浆压力由小到大逐渐变化,根据现场情况注浆终压控制在2~5 MPa。KBY-50/70型注浆泵具有定压自动调量功能,开始注浆时,巷道裂隙发育,浆液在裂隙中扩散阻力系数小,排浆量相对较大,在注浆后期,岩体中原有的裂隙被浆液填充,浆液扩散阻力系数不断增大,注浆压力随着排浆量减小也随之增大,当裂隙被注满后浆液将不发生流动,保持终压不变,维持3~5 min来提高浆液在岩体裂隙中的填充程度。试验过程中的锚注设备及备件见表1。

4 锚注堵水加固效果

通过井下近2个月的实践,成功对云锡塘子凹1725中段花岗岩接触带的破碎岩体的涌水段进行了堵水加固,堵水效率100%。图5为堵水加固后的效果图,图6为注浆结石体微观型貌图。接触带上的水被排入15 m厚的大理岩中,集中排入排水沟,实现了巷道无淋水、渗水目标。

  

图5 注浆后的巷道Fig.5 Roadway after grouting

  

图6 注浆结石体型貌(φ50 mm)Fig.6 The shape and appearance of the grouting stone(φ50 mm)

5 结论

采用田口法来对5阶充电电流进行优化,得到相应的优化值之后,为使锂离子电池在更短的时间内将电充满,提高充电效率,因此采用RC等效电路模型对锂离子电池5阶充电电流继续优化,电路模型如图3所示。

本文结合地下水的处理,在塘子凹坑1725中段风化花岗岩和大理岩的接触带中采用注浆堵水(锚注技术)、加固岩体的技术措施,有效加固了松散破碎岩体和淋水现象,该措施极大改善了巷道的稳定性和涌水情况。该技术为云锡公司第一次采用,在试验过程中研制了锚杆封堵材料,该材料可快速凝固,具有较大的锚固力,安装加工简单。采用注浆和锚注新技术,为巷道堵水、加固起到示范作用,为云锡公司井下类似问题的处理起到借鉴作用。同时,在后续的研究中应加强不同软岩类型的失稳机理探索,针对云锡公司的变质辉绿岩、破碎节理化岩体、破碎涌水岩体、岩溶发育涌泥岩体等的支护技术开展相关研究,丰富软岩支护的技术和对策。

在锚注施工中,由于注浆管较钻孔小很多,必须对注浆管和钻孔之间的空隙进行封堵,解决浆液的渗漏、保持一定的注浆压力〔8〕,使得浆液不断向岩体裂隙深部渗入,达到一定的效果。过去采用棉线缠绕等方法使锚杆和钻孔壁实现过紧配合。但在实践中发现该方法施工困难,效率低,不能承受较高压力,且不能有效实现锚杆的锚固作用。经过对不同的封堵方法分别进行了试验,成功研制出以水泥为主料,外加不同配合比的速凝剂A、B,和具有快速膨胀作用的材料D,配置出可以满足锚固、封堵需要的封堵药卷和药包。

〔1〕 刘正宇,吴大军,刘广智. 顶水注浆堵水技术在治理矿山井下出水的应用[J].采矿技术,2007, 7(2):38-40.

〔2〕 张石旗, 牛全杰, 李国富. 松软巷道注浆加固堵水技术的应用[J]. 河南理工大学学报(自然科学版), 2001, 20(2):87-89.

〔3〕 邵红旗, 王维. 双液注浆法快速建造阻水墙封堵突水巷道[J]. 煤矿安全, 2011, 42(11):40-43.

〔4〕 王传永,赵宝林. 止浆墙承压注浆堵水技术在巷道突水治理中的应用[J].山东煤炭科技, 2014(7):161-162.

〔5〕 刘伟.地表注浆技术在井下采矿堵水工程中的应用[J]. 西部探矿工程, 2008, 20(9):180-181.

(2)冻融损害。冻融损害主要发生在寒冷地区的春融季节,路面结构中滞留的水在冬季环境温度作用下凝固成冰,体积膨胀,影响沥青路面的骨架结构以及沥青与石料的黏附性,导致沥青面层粒料的脱落,形成松散、麻面等病害。而当环境温度升高时,结构层中的冰融化成水,在交通荷载的重复作用下,原有的病害扩展速度加剧,最终形成坑槽。

〔6〕 曾月松,周云,张绍和.巷道周边半封闭注浆法在北山矿涌水治理中的应用[J].金属矿山,2016(2):146-150.

而在对阑尾炎手术切口的处理方面亦有许多相关研究,结果显示不同的负压引流方式对于阑尾炎术后切口感染的预防起着显著的临床效果,其中研究较多的有腹膜外负压引流、皮下负压引流、切口负压引流、真空试管负压引流等,其预防术后感染的作用在复杂型急性阑尾炎术后尤为明显[11],而本研究观察组在引流管的基础上接高真空负压进行持续引流,结果与上述研究结论基本一致,切口处使用高真空负压引流组可有效降低术后感染率,明显缩短术后住院时间。

〔7〕 张辉. 复杂地质条件区域断层注浆堵水技术的实践[J]. 现代矿业, 2012(2):111-112.

〔8〕 王俊超, 何林波, 李广,等. 大断层破碎带注浆堵水技术研究[J].山西焦煤科技, 2014(5):21-24.

近年来中国企业入选记分牌的数量逐年增多,由2008年的10个迅速上升到2016年的376个。不过,中国进入前百强的企业尚未超过7个,进入前50强仍然只有华为1家。2016年,中国企业研发投入强度首次提高到2.8%,仍低于全球(4.1%)的平均水平,不到美国的一半(6.2%)。

[65] 傅莹:《失序与秩序再构建——7月6日在英国皇家国际问题研究所的演讲》,《中国人大》2016年第14期,第25-26页。

 
杨八九,侯克鹏,孙伟,钟洪全,王建贵
《矿冶》 2018年第02期
《矿冶》2018年第02期文献

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