大直徑管棚掩護注漿超前支護在顧橋礦-780m南翼膠帶機大巷地質異常帶中應用

摘要：論文從巷道拱部進行管棚超前支護、利用管棚掩護注漿進行論述分析。聯合工程實際分析論證了該注漿技術方案的合理性及有效性，為類似巷道提供了可參考的注漿加固模式，取得了預想效果。

關鍵詞：大直徑、管棚、大流量、高壓力、大直徑掩護注漿

1、概況

根據分段深孔高壓大范圍超前預注漿加固情況注漿用水泥103.6噸，水玻璃482kg，注漿量較大，施工過程中存在安全隱患問題，為充分填充圍巖裂隙，起到加固頂板掩護掘進的作用，故對進行巷道拱部進行管棚超前支護、利用管棚掩護注漿。

2、注漿方案設計及注漿工藝

2.1超前預注漿階段注漿基本達到預期要求，施工過程中主要存在以下問題：

（1）打鉆過程中發生噴孔現象，噴孔距離達到10m 以上。

（2）單孔最大噴煤屑、水、石子等達14m3以上。

（3）打鉆過程中夾鉆、抱鉆、埋鉆現象時有發生。成孔性差、容易卡鉆、下管難度大。

根據超前預注漿加固施工情況，結合顧橋礦-780m南翼膠帶機大巷支護注漿專家研討會，確定如下方案：

采用大直徑管棚超前支護，同時利用管棚掩護注漿進一步加固頂板，保障頂板施工安全。

在止漿墻后退1棚開始改棚1-2m，形成有利于鉆孔布置和施工的臨時空間，改棚凈尺寸：寬×中高（B×H）=5000×4100mm，側腿外扎角為87°。

管棚鉆孔共21個，開孔間距300mm。擴大斷面后，距離棚梁500mm開孔，孔深15m，傾角10°。可先按照1.2m間距鉆孔并注漿，注漿固結后再按照0.6m間距鉆孔并注漿，最終達到鉆孔間距0.3m。

2.2注漿設備、配件及管路安裝：

本次注漿選用一臺2TGZ—60/210型注漿泵；一臺0.3m3立式攪拌桶。

一臺2ZBYSB-200~50-5~15-37煤礦用液壓注漿泵；一臺0.6m3立式攪拌桶。

2.3注漿材料：普通水泥漿+水玻璃雙液漿。水泥采用52.5普通硅酸鹽水泥，水泥漿水灰比0.8～1：1，水玻璃模數n=2.4～3.4，波美度Be′=30～40，常用Be′=35。漿液中摻水泥用量3～5%的35Be°水玻璃。

2.4開孔鉆頭規格、注漿管規格：

鉆頭直徑采用Φ113mm，注漿管采用外徑Φ73mm、壁厚8mm的無縫鋼管，兩段之間用絲扣連接，絲扣螺紋段長度不小于150mm。鋼管上鉆溢漿孔，孔徑為Φ10mm，孔間距500mm，呈梅花型布置。鋼管尾部6m不鉆孔作為止漿段，封孔深度為5m。（特殊情況采用Φ73mm鉆桿為注漿管）

2.5注漿壓力：

根據該注漿斷層的特殊性，注漿壓力選用靜水壓力的2.0～2.5倍，注漿終壓一般控制在20Mpa，不得低于15Mpa。

2.6注漿：

待放漿池、水泥、攪拌桶、注漿泵、輸漿管路（選用Φ25mm高壓多層鋼絲膠管）、球閥（選用三片式Φ25mm高壓球閥）、壓力表（選用40Mpa抗震壓力表）、注漿管孔口加上150mm絲，以便于安裝便頭球閥，注漿下入注漿孔之后，孔口管外側必須封閉嚴實（固管采用聚氨酯、水泥水玻璃雙液漿），一切準備齊全后，即可連接管路注漿槍頭(槍頭需用鐵絲進行二次加固)，制漿，注漿。

注漿結束后或中途停止時。應先停泵，再關閉孔口球閥，然后打開注漿槍頭泄壓球閥，待管路及泵體壓力降為0Mpa后，再打開孔口球閥，入出現堵管或停泵時間較長時，要及時吸清水沖洗注漿泵及管路，防止漿液在泵內或管內凝固。

為了確保注漿效果，先采用2ZBYSB-200~50-5~15-37煤礦用液壓注漿泵大流量、低壓充填；再采用2TGZ—60/210型注漿泵小流量、高壓加固；若漏漿嚴重采用雙液漿封堵。

2.8封口：

注漿結束后，要及時封孔以防止漿液泄漏，孔口安裝球閥只需關閉球閥即可。（水泥單液漿24小時后即可拆除孔口球閥，雙液漿8小時后即可拆除孔口球閥）

3、現場注漿附圖、記錄、注漿效果

1）管棚注漿后巷道剖面示意圖

2）管棚開孔布置圖 管棚開孔位置與超前預注漿孔位置關系

3）管棚注漿后巷道平面圖

3.2顧橋礦-780m南翼膠帶機大巷管棚注漿情況

3.3注漿效果：

注漿后巷道拱補沒有大的變形，迎頭應力明顯減小。在掘進過程中起到了巷道頂部掩護作用。

4、注漿技術分析、效果評價

4.1 漿液在裂隙中充填固結后，不但封閉了裂隙，也阻止了水侵入，同時也阻止了巷道圍巖的進一步風化。

4.2由于漿液在裂隙中的膠凝作用，使破碎巖塊重新膠結成一個整體，使管棚和巷道頂部圍巖形成一個掩護注漿掩護殼，使之與巷道支架共同承載壓力；充分發揮圍巖的自穩作用；調動加固后的圍巖的承載能力；防止冒頂事故的作用。

4.3 為確保注漿效果，可采用多孔循環交替式間隔注漿獲得注漿加固效果。在進行管棚注漿時要害是獲得管棚內外形成厚約2m的注漿加固圈，但由于巷道頂部巖石破碎，注漿漿時漿液在壓力作用下通過這些斷層裂隙時，而不能在管棚附近均勻擴散，從而使注漿加固圈無法形成。為此，根據經驗采用間歇注漿法，即當長時間注漿壓力上不來時，闡明漿液順空隙泄流至斷層裂隙，這時將漿液凝結時間調劑至30～50s，注漿1～5min，停40s，待原注入漿液初凝變稠后再注，如果效果不佳適當注雙液漿。如此重復，則本來的漏漿通道逐漸變小并最終堵塞，漿液即在管棚周圍達到均勻擴散的目標。

4.4待上一輪注漿凝固后，再進行下一輪注漿，這樣可以進一步提高注漿效果。

4.5根據管棚掩護注漿超前支護施工結束后，巷道迎頭開挖所揭示的情況， 在開挖線外形成了牢固的護拱棚架作用，總體質量達到了優。從注漿成本上看，雖然成本有所提高，但可以使該斷層順利通過后期的經濟效益更為明顯。

4.6 大直徑管棚掩護注漿超前支護這一注漿支護方法可以在類似條件的巷道進行推廣應用。