“鋼架棚+雙液漿注漿”聯合加固法的研究與應用

李河超，賀　輝

(1.山西潞安集團 蒲縣后堡煤業有限公司，山西　臨汾　041206；

2.山西西山晉興能源有限責任公司 斜溝煤礦，山西　興縣　033600)

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·技術經驗·

“鋼架棚+雙液漿注漿”聯合加固法的研究與應用

李河超1，賀輝2

(1.山西潞安集團 蒲縣后堡煤業有限公司，山西臨汾041206；

2.山西西山晉興能源有限責任公司 斜溝煤礦，山西興縣033600)

摘要針對斜溝煤礦回風斜井出現的井筒兩幫墻體砼開裂、拱頂砼脫落、鋼筋外漏、底板相對鼓起并伴隨著多點滲漏等現象，采用“鋼架棚+雙液漿注漿”聯合加固法，對回風斜井井口以下進行U型鋼拱形支架加強支護，對底板、底角、幫及拱部進行注漿加固，井筒修復取得良好的效果，井筒淋水得到了有效的遏制，確保了礦井的安全生產。

關鍵詞鋼架棚+雙液漿注漿；聯合加固；井筒；修復

1基本情況

斜溝井田屬于河東煤田離柳礦區，井田南北長22 km，東西寬約4.5 km，總面積88.64 km2.礦井位于興縣縣城北直線距離20 km處的嵐漪河兩側, 行政區劃隸屬于興縣魏家灘鎮和保德縣南河溝鄉。礦井工業廣場位于興縣魏家灘鎮，距興縣和岢嵐縣城均為50 km.煤炭地質儲量22.4億t，可采儲量12.4億t，設計生產能力1 500萬t/a，主采8#、13#煤層，6#煤層局部可采。

礦井采用斜井開拓，一號和二號主斜井擔負煤炭提升任務兼做進風井，副斜井擔負材料、設備、人員的運輸任務兼做進風井。回風斜井和回風立井擔負礦井的回風任務。

回風斜井全長651.6 m，傾角25°，拱形斷面，凈寬5.6 m，凈高4.6 m.明槽開挖段為井筒井口至斜長28 m，采用鋼筋砼砌碹支護，支護厚度為400 mm，“三七”灰土回填。暗槽段斜長28.7～63 m，采用12號槽鋼金屬支架+錨桿、錨索、金屬網噴射混凝土聯合支護，支護厚度為400 mm.基巖段斜長63 m至井底，采用錨噴支護，噴射混凝土厚度100 mm.

該井筒于2008年10月投入使用，2014年6月的例行檢查中發現回風井口周圍地表有下沉跡象，井口以下31.5～37.5 m井筒兩幫墻體砼開裂、拱頂砼脫落、鋼筋外漏、底板相對鼓起及行人臺階開裂，井筒破裂段伴隨著多點滲漏現象，同時存在幾個明顯的相對集中出水點，并且破裂、滲漏現象存在繼續發展擴大的趨勢。

2主要研究內容

針對以上井筒損壞情況，提出修復加固方案：

1) 在回風斜井井口以下17.6～41.6 m架設29號U型鋼拱形支架加強支護。

U型鋼拱形支架選用29U型鋼加工，共分成4節加工，組合成型后整體呈直柱半圓拱形，凈寬5.6 m，凈高4.8 m，柱腿直線段高度2.0 m(入底板0.2 m)，半圓拱段半徑2.8 m，其外斷面契合于井筒內斷面，即架設完成后，U型鋼支架貼合于井筒內壁(不預留背板空間)，具體設計見圖1.

圖1　U型鋼拱形支架設計圖

U型鋼支架頂部2節井圈，依據端部的連接板，采用4根預緊螺栓連接，頂部井圈與墻幫井圈采用2道U型鋼專用卡攬搭接，井圈與井圈之間采用拉鉤連接，每個井圈設2個拉鉤環并焊接50 mm 6分鋼管，在鋼圈的底端斷面位置焊接200 mm×200 mm×20 mm鋼板作為鐵鞋。

支架與支架間距為0.6 m，支架采用木楔背緊，整體采用由上至下的架棚施工順序，先架最上一架棚，然后由上至下，依次完成40架鋼棚的架設。

2) 底板、底角、幫及拱部注漿加固。

a) 底板注漿加固。

底板注漿加固段跨度設計為井口以下15～63 m，采用淺、深孔布設方式，淺孔與深孔的排距為2.0 m，共計施工60個注漿孔，其中淺孔36個，深孔24個。

單數排(1、3、5…)為淺孔，孔深1 000 mm，每排布置3個孔。雙數排(2、4、6…)為深孔，孔深為2 000 mm，每排布置2個孔。各孔與底板均呈垂直布置，即注漿孔方向與井筒底板的夾角為65°，具體見圖2.

圖2　底板加固淺、深孔間排距布置示意圖

b) 底角注漿加固。

底角注漿加固段設計跨度為井口以下15～40 m，注漿孔布設于幫底位置，開孔點位于斜井底板，距離左幫、右幫分別為300 mm、250 mm，淺孔與深孔的排距2.0 m，每排布置2個孔，共計施工24個注漿孔，其中淺孔12個，深孔12個。

單數排(1、3、5…)為淺孔，孔深1 000 mm，雙數排(2、4、6…)為深孔，孔深為2 000 mm，各孔與底板均呈垂直布置并向外偏40°，見圖3.

圖3　巷幫底角加固孔布置示意圖

c) 幫及拱部注漿加固。

幫及拱部注漿加固段設計跨度為井口以下20～73 m，注漿孔布設于井筒兩幫和拱部，淺孔與深孔的排距2.0 m，共計施工95個注漿孔，其中淺孔56個，深孔39個。

單數排(1、3、5…)為淺孔，孔深1 000 mm，每排布置4個孔，雙數排(2、4、6…)為深孔，孔深為2 000 mm，每排布置3個孔。注漿孔與井壁垂直，見圖4，圖5.

圖4　幫及拱部淺、深孔布置示意圖

圖5　幫及拱部淺、深孔布置平面示意圖

d) 架棚段淺孔眼和深孔眼的位置調整。

由于在井口以下17.6～41.6 m已架設U型鋼拱形支架，此段注漿淺孔與深孔布置位置根據現場實際情況可做出適當調整，但保證每排注漿孔數不變。

e) 鉆進成孔及封孔。

注漿孔鉆進采用風錘進行，采用d42 mm鉆頭鉆進至鉆孔深度，安裝6′焊管加工的孔口管；淺孔孔口管長度為1 000 mm，深孔孔口管長度為2 000 mm；封孔采用棉紗加錨固劑，即在孔口管管口150 mm左右纏上棉紗塞入注漿孔內，外口用錨固劑充實，孔口管外露不超過50 mm.

孔口管采用6′焊管加工，孔口管長度分別為1 000 mm、2 000 mm，管口向里400 mm為實管，管口處開20 mm長的絲扣，余下長度每隔100 mm在注漿管上打1個對穿孔，呈“十”字花布置，以便于水泥漿液更好的滲透，孔口管設計示意圖見圖6.

圖6　孔口管設計示意圖

f) 注漿順序。

先進行底板及巷幫底角注漿，先淺孔后深孔，由下向上依次注漿至淺孔結束，然后進行深孔注漿；再進行幫及拱部注漿，也采用先淺孔后深孔，先幫部后拱部由下而上進行；最后進行單點明水點注漿封堵。單點明水點注漿見圖7.

圖7　單點明水點注漿示意圖

g) 注漿壓力。

控制注漿壓力的主要目的是保護斜井井壁，防止由于注漿壓力過大而發生井壁致裂的現象。

井壁強度效驗采用下式進行：

式中：

P—注漿部位井壁能承載的壓力，MPa；

E—井壁厚度，m，取0.4；

R0—井筒的凈半徑，m，取6；

K—井壁材料的允許抗壓強度，K=R/n，MPa，取15；

R—井壁材料極限抗壓強度，MPa，取30；

n—安全系數，取2;

Pc—注漿壓力，MPa.

通過上述計算，結合以往注漿經驗，幫及拱部注漿設計終壓不得大于1.0 MPa，底板注漿壓力不得大于0.8 MPa， 對于明水點封堵注漿終壓不得大于0.8 MPa.

h) 注漿材料及參數和設備。

淺孔注漿均采用雙液漿，雙液漿能夠在短時間(30～180 s)內凝固，對滲漏水裂隙和漏漿縫隙進行封堵，使圍巖外層形成一圈止漿層，從而達到堵漏的目的。雙液漿材料主要選擇水泥和水玻璃，水泥選用4.25R普通硅酸鹽水泥，水玻璃選用40 Be′,模數為2.8～3.2的水玻璃。雙液漿中水泥漿(0.8∶1)與水玻璃體積比為1∶0.5～1[1]，根據現場裂隙的大小及漏漿程度，選擇不同的配比，水玻璃的含量由大到小，則凝固時間由長變短，擴散半徑由大到小[2].

深孔均采用單液水泥漿，材料主要選擇4.25R普通硅酸鹽水泥，水灰比為0.8∶1(2/3桶水，5袋水泥)。

注漿所用設備為ZBY 3/16-22型煤礦用液壓注漿泵、LJ-300型攪拌機、鐵皮儲漿桶等，注漿系統示意圖見圖8.

圖8　注漿系統示意圖

3效果

通過采用“鋼架棚+雙液漿注漿”聯合加固法對回風斜井損壞區域進行修復處理，回風斜井的損壞情況有了很大的改善，井筒得到了修復，并且由于水泥水玻璃雙液漿的的作用，井筒淋水得到了有效的遏制，確保了礦井的安全生產。

參考文獻

[1]劉玉祥，柳慧鵬.水泥-水玻璃雙液注漿中的最優參數選擇[J].礦冶,2005，14(4)：1-3.

[2]楊曉華，俞永華.水泥-水玻璃雙液注漿在黃土隧道施工中的應用[J].中國公路學報,2004，17(2)：69-72.

Rearch and Application of the United Reinforcement Technology of Steel Shed + Double Injected Grouting

LI Hechao, HE Hui

AbstractIn view of both sides wall concrete cracking, vault concrete falling off, rebar exposing, relative heaving floor and multipoint water leakage on return air shaft in Xiegou coal mine, adopts the united reinforcement technology of steel shed + double injected grouting, strengthens the supporting of U steel arch support, and carries out the grouting reinforcement to floor, cormer, side and arch. The shaft repair obtains good effect, the water spray on shaft gets effective control, ensures the safe production of the coal mine.

Key wordsSteel shed + double injected grouting; United reinforcement; Shaft; Repair

中圖分類號：TD352

文獻標識碼：B

文章編號：1672-0652(2016)01-0017-03

作者簡介：李河超(1987—)，男，山西運城人，2011年畢業于太原理工大學，助理工程師，主要從事井巷工程研究(E-mail)497187075@qq.com

收稿日期：2015-11-02