錨注加固技術在斜井修復加固中的應用

摘 要:萬通源煤礦是山西煤炭資源整合中的整合煤礦之一，為了節約資金，縮減工期，提高經濟效益，通過修復加固部分舊井筒作為資源整合后的主要井筒。本文詳細論述了作為投產后的副斜井在刷大原有井筒斷面后進行拆除老碹、重新砌碹施工中采取的技術措施及遇到的問題，通過采用臨時聯合支護和錨注加固相結合的方法，取得了良好的施工效果。

關鍵詞:資源整合井筒改造聯合支護錨注加固

中圖分類號:TD353文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)08(a)-0083-02

1 基本情況介紹

萬通源煤礦位于二鋪背斜西北翼，區內整體基本構造形態為單斜構造，傾角平緩，一般為7～9°。可采煤層自上而下分別為4、9、11號煤層。目前開采4號煤層，該層位于太原組上段，層位穩定，厚度7.50～10.15m，平均8.89m，含有夾矸2～3層，屬穩定可采煤層，上距山西組底部K3砂巖約0～4.10m，平均3.00m，下距9號煤層31.85～45.68m，平均37.84m，其頂板為砂質泥巖或粗砂巖（K3砂巖），底板為泥巖、砂質泥巖或高嶺土。

該修復斜井傾角為21°，斜長360m，從井口往下150m段均處于表土流沙層中。在相同地質條件下的其他井筒在修復過程中，曾經發生過從井口往下60m段的大范圍冒頂，導致從冒頂處往下1000多米巷道被沙土堵塞，為了防止冒頂事故的發生，在修復之前，采取了加強井筒支護的措施，為下一步施工做準備。

2支護形式和礦壓顯現基本特征

(1)巷道斷面為半圓拱形，寬度3.2m，墻高1.5m，主要支護方式為砌碹支護。修復前，礦壓顯現已經非常明顯。具體表現為:巷道變形較大，井筒最小寬度不到2.6m，拱頂和兩幫直墻存在多處小范圍的縱向裂隙，部分地段的拱頂和直墻的砌碹料石有多處剝落，加上長期的水流滲流的影響，直墻有多處向井筒鼓起，礦山壓力傳遞至底板，導致底板凹凸不平。井筒剝落較嚴重的地方一般可發現原巷道砌碹質量不合格，具體表現為碹體厚度偏小，水泥漿體受到水害的影響，已經失去粘結作用，兩幫直墻也在水流的滲流作用下剝落，墻內圍巖一般為吸水膨脹的泥巖或高嶺巖，兩幫橫向最大移近量大于600mm，井筒的寬度和高度完全不能滿足下一步的輔助運輸要求。(2)基本來壓方式主要有:一是在礦山壓力作用下，巷道圍巖發生蠕變變形；二是巖層風化造成圍巖強度下降而導致井筒變形加劇；三是圍巖吸水膨脹，打破了原有圍巖—支護體的受力平衡；四是地下水長期滲流碹體，導致砌碹破壞速度加快，圍巖（沙土）因水流的搬運作用不斷流失，加劇了碹體的應力集中程度，導致破壞加快。

3 錨注加固支護

3.1 支護原理

錨注加固是采用圓鋼管作為錨桿的一種注漿方式，它是將漿液充填于破碎巖石的孔隙中，將巖塊顆粒膠結成整體，屬于滲透注漿的理論范疇。錨注加固支護原理主要包括以下三個方面:

(1）提高巖體強度，改善弱面的力學性能。即提高裂隙的黏聚力和內摩擦角，增大巖體內部快間相對位移的阻力，從而提高圍巖的整體穩定性。(2）形成承載結構。在破碎圍巖巷道中實施注漿加固，可以使破碎圍巖重新膠結成整體，形成承載結構，充分發揮圍巖的自穩能力。注漿加固后能使普通端錨桿實現全長錨固，從而提高了錨桿的錨固力和可靠性，保證了支護結構的穩定性，提高了支護結構的整體性。(3）改善圍巖賦存環境。軟巖巷道圍巖注漿后，漿液固結體封閉裂隙，阻止水汽浸入內部巖體，防止水害和風化，對保持圍巖力學性質、實現長期穩定作用明顯。

3.2 錨注加固施工設計

3.2.1 注漿方案

該方案通過采用錨注施工工藝，對井筒周圍的表土層采用壁后注漿加固處理后，使漿液充填圍巖的裂隙，在井筒的外圍形成完整的注漿帷幕，并與圍巖、錨桿支護共同形成有效的承壓組合拱。由于注漿使得井筒外圍組合拱厚度加大，有效地提高了支護結構的承載能力，阻止井筒的變形破壞，從而確保井筒的長期安全使用。注漿采用底腳、幫、頂間隔式注漿。

3.2.2 錨注技術參數

3.2.2.1 注漿材料

注漿材料以單液水泥漿為主，水泥采用325#普通硅酸鹽水泥，水灰比為0.7，若單孔注漿壓力小，注漿量稍大，也可在水泥漿中摻加15%～20%的粉煤灰與其均勻攪拌注入，以節約材料，降低成本；若單孔吃漿量過大時（即水泥用量超過1.5噸），對該孔采用水玻璃和水泥雙液注漿封孔。水玻璃濃度為42-45°Be’，模數為2.5-3.0，用量為水泥質量的3%～5%。

3.2.2.2 鉆孔與錨注錨桿

錨注鉆孔的深度，根據有關技術要求，注漿孔深度:頂和兩幫為2.5米，底腳為2.0米。注漿鉆孔的間排距為1.6m×1.6m。鉆孔布置角度:底腳注漿錨桿與井筒底板成30°—45°，其余錨注錨桿均與井筒周邊輪廓垂直布置，最小角不小于75°。

注漿錨桿采用無縫鋼管制作，兩幫及頂板錨注錨桿為2.0m，底腳錨注錨桿長1.6m，鋼管直徑φ22mm，壁厚為3mm，桿體上每隔300mm均勻鉆出φ6mm注漿孔。管口端車有40-70mm長M22的螺紋和400mm的竹節扣，管終端呈扁狀，以增加注漿出口壓力。

3.2.2.3 注漿擴散半徑及注漿壓力

注漿擴散半徑按井筒圍巖裂隙考慮，取3.5-4.0m。

注漿壓力，根據經驗值:頂部取1.5-2.0MPa，底腳及兩幫取1.0-1.5MPa。雙液注漿時，把水玻璃與水灰比為0.7的水泥漿混合注入，水玻璃摻加量為水泥重量的3%-5%。當注漿壓力超過設計壓力時，方可封孔停止注漿。

3.2.2.4 現場每桶漿液配制

攪拌桶容積0.39m3，滿桶時:用水300公斤、水泥6袋；2/3桶時:用水200公斤、水泥4袋。

3.2.2.5 鉆眼施工及注漿錨桿安裝

鉆眼采用7655型及YT-27型鑿巖機，鉆頭選用十字形或一字型鉆頭，直徑φ28mm，幫頂鉆眼深度為2.5m，底腳鉆眼深度為2.0米。施工前，按錨注孔的設計間排距用涂料標出孔位，再按設計孔深鉆出注漿孔，并隨后用掃眼器將孔清掃干凈。錨注孔施工時，要嚴格按照設計間排距和角度布置，間排距最大誤差控制在±100mm以內，孔深誤差控制在±100mm范圍以內，幫、頂部錨桿角度不小于75°，底腳錨桿與底板成30°-45°角。

為滿足注漿錨桿的承壓要求，現場安裝注漿管時，對其錨頭外端馬牙扣處纏繞棉絲（纏繞150-200mm）使其膨脹固定，錨注管露出井筒表面30-40mm。每根錨注錨桿先用水泥封堵后再采用兩卷礦用K2350型樹脂藥卷進行加固封堵，確保錨注錨桿的安裝質量。

3.3 注漿

3.3.1 注漿要求

注漿前，先對各連接管路、閥門、設備等進行檢查后用清水調定注漿壓力到規定值。

漿液制作時，嚴格掌握注漿參數、漿液配比，水灰比和注漿終壓，各項參數均應滿足設計要求。漿液需充分攪拌均勻，并在放漿口處設置過濾網，以防結塊水泥等雜物吸入漿管內。

采用自下而上按排距間隔3.2米注漿一遍后再對中間留下的錨桿進行第二次注漿。封孔注漿壓力:頂部取1.5～2.0MPa，底腳、底板及兩幫取1.0～1.5MPa。當注漿孔達到設計終壓后，降低流量10分鐘，即可停機關閉注漿閥，再開啟泄壓閥后才能換注漿孔。注漿閥待漿液初凝約半小時后，方可拆卸。注漿時，采用速凝劑快速封堵井筒裂隙，阻止漿液流出。注漿的孔口閥門應待注漿后六小時拆除。拆下的閥門要及時清洗干凈，然后涂抹機油備用。

如果裂縫較大，在初次注漿3～7天后，重新在該孔附近打注漿孔復注，以保證井筒圍巖內漿液擴散均勻。

3.3.2 錨注錨桿布置

將注漿錨桿的間排距均定為1.6m，誤差控制在±100mm之內，每排布置8根注漿錨桿:頂板2根、兩幫各1根、兩幫底腳各1根、底板兩根，錨桿安設角度為:與頂、兩幫、底板垂直，最小角不小于7°，與兩幫底腳成30°-45°。所有注漿錨桿均用K2335型樹脂錨固劑進行固定。

3.3.3 材料消耗

3.3.3.1 錨桿用量

二礦副斜井表土段錨注施工共注漿760根，其中:底板192根，頂、幫及底腳共568根。

3.3.3.2注漿量統計

本次注漿使用水泥351噸，水玻璃10.5噸，速凝劑2.82噸，樹脂錨固劑20箱（礦用K2335型，40支/箱）。底眼注漿共消耗水泥9.5噸，單孔最大水泥用量為50kg，最小42.85kg，平均49.48kg；頂、幫注漿消耗水泥341.5噸，單孔最大水泥用量為2300kg，最小100kg，平均601.23kg，單孔最大注漿量為3.98噸，最小注漿量為0.17噸，單孔平均注漿量為1.04噸。如表1所示。

3.3.4 注漿效果檢驗

拆碹時，通過宏觀觀察，井筒原有碹體已經完全被水泥漿充填密實，形成一個整體，粘結強度很大，碹體外圍的表土層裂隙也被水泥漿充滿，以前滲水較大的地方現在滲水明顯減小，表明本次注漿取得了比較理想的效果。

4 臥底擴幫刷大井筒斷面，拆舊碹砌新碹進行二次錨注加固

4.1 質量要求

對巷道變形較大的地方進行挖底清理、拆除舊碹重新砌碹，保證修復后的井筒凈寬達到3.2m，凈高達到3.7m。

4.2 施工方法

4.2.1 井筒臥底及擴幫

整個井筒進行臥底處理，臥底深度0.6m，對寬度達不到3.2m的區域進行擴幫。

臥底:從變形井筒與未變形井筒的交接處開始向井口方向敷設U型金屬支架5架，加強井筒支護。架棚間距為2m，支架底部墊上300mm×300mm的料石，頂、幫間隙用木楔插嚴背實。變形段內每臥底1m，打1根帶帽并穿鞋點柱，同時安設護幫橫撐。每臥底清理1m，打200mm厚反碹，與頂、幫連接成整體。

擴幫:由于井筒從井口向下80m至150m段碹拱出現裂縫，兩幫變形，嚴重鼓起（原寬度3.2m，現在最小寬度2.5m），需要對變形嚴重區域重新砌碹。方法為:從變形段下部開始，由下往上逐段拆除舊碹，重新砌碹，每次拆碹長度為2m，砌碹長度為1.5m。拆除舊碹時，使用爆破破巖提高施工效率，先拆除一面直墻并重新砌好，加強臨時支護，然后將另一面直墻和碹拱一起拆除，再砌墻，接新碹拱。在拆舊碹過程中，由于圍巖不穩定，特別是在水分較大的區域，經常發生局部冒頂，給施工帶來很大的影響，通過減小拆碹長度，由2m減小到1.8m，砌碹長度也由1.5m減小到1.2m，同時采用圓木和木板護頂，有效保證了整個工程的安全和進度。

4.2.2 二次錨注加固井筒

在原來井筒破壞最嚴重的區域采用二次注漿，加強井筒自身強度。注漿材料和參數的選擇同第一次注漿一樣。注漿加固段總長30m，由于該段井筒因為局部冒頂的緣故，與圍巖存在一定的間隙，注漿時在中部與上部施工兩排注漿眼，每排布置5個注漿眼進行注漿，單孔注漿量控制在20t左右，簡化注漿工序，提高工作效率，取得預期的效果。

5 結語

自2010年12月工程完工至今，井筒的頂、底及兩幫穩定，無構造性裂縫，頂、幫滲水明顯減小。因此，通過架棚臨時支護和噴漿支護相結合，成功地解決了舊井筒的修復問題，同時，由于注漿將圍巖由松散結構轉化為膠結結構，提高了碹體的密實度，有效地阻止了地下水的滲流，對提高井筒的服務年限起到重要作用。