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1、注浆支护及治压技术,在潘三注浆的实践,地压治理的三大技术原则,一是设计是源头、是根本。每条巷道的设计都要查顶上50米，底下20米的岩性，左右两帮各100米的构造情况。坚持“谁设计谁负责”， 今后事故追查要从设计源头追究责任。 二是强推主动支护措施，限制使用架棚等被动支护措施。 三是逢修必注，不注不修。（注浆的必要性）,地压显现的原因,1、地应力：地壳在各种运动过程中和自重作用下，岩体在天然条件下产生的内部应力。 2、地质应力：地质构造中在力的作用下，由组成地壳的岩石变形的产物。在力的作用下，岩石内部质点发生位移而引起变形。 3、支承应力：在岩体中开掘巷道，在煤层内进行采煤时，巷道两侧或回采工作
2、面周围煤壁上形成的高于原岩应力的垂直集中应力。 4、巷道布置相互影响，造成应力叠加 5、不合理的支护形式和支护强度造成的地压显,注浆加固在井巷治理中的重要性,锚注支护实质上是将锚固支护技术和注浆加固技术的结合，利用中空的锚杆/锚索兼做注浆管，在保证全长锚固的前提下，利用注浆材料改变围岩的性质，提高围岩的强度和自承能力，保持巷道的稳定。 锚注支护技术主要包括四个方面：锚注理论、注浆材料、锚注锚杆/锚索、施工工艺和设备,1.1注浆理论,注浆理论是借助流体力学、固体力学等理论发展起来的，通过对浆液的流动形式进行实验、模拟分析，建立注浆压力、扩散半径、注浆量、注浆时间之间的关系。实践证明，浆液在地层中
3、的流动复杂多变，浆液性能注浆压力随着地层变化而变化。目前得到公认的注浆理论主要有以下三种理论,（1）渗透注浆理论,渗透注浆是不破坏地层构造的压力下，把浆液注入到粒状岩土的孔隙内，从而达胶结岩体的目的。国内外学者对渗透注浆进行了广泛的研究，先后提出了球面理论、柱形扩散理论等。国内采用注浆加固十分重视浆液的扩散性。,（2) 压密注浆理论,压密注浆是利用极稠的浆液(坍落度25mm)，通过钻孔挤向破碎围岩，在注浆处形成球形浆包，浆液扩散靠对周围破碎围岩的压缩。浆液取代注浆范围内的破碎围岩，并不向破碎围岩扩散和渗透，在注浆邻近区存在塑性变形带，较远处破碎围岩发生弹性变形，达到破碎围岩压密、压实的目的。,
4、（3） 辟裂注浆理论,劈裂注浆是在钻孔内液体施加压力于地层，当液体压力超过岩体辟裂压力，或超过渗透注浆和压密注浆的极限压力，岩体在裂缝处发生尖端效应，产生次级裂缝，进浆量突然增加，并在钻孔附近形成网状浆脉，通过挤压和浆体骨架作用加固岩体。 这些成果具有较好的理论指导意义，但在定量应用上受到较大限制。由于注浆介质的复杂性和工程的隐蔽性，注浆理论研究难以开展，其研究水平不仅严重滞后于注浆工程实践和注浆材料的发展要求，而且滞后于一般工程技术研究的发展水平。,1.2 注浆材料,注浆材料是锚注支护术中一个不可分割的组成部分，浆液性能是决定注浆加固效果的关键因素之一，浆液的消耗又影响到工程成本，因此国内外
5、都致力于研究新型注浆材料。目前注浆材料品种已达上百种，性能各不相同，只能根据注浆工程的要求和目的选择不同性能的注浆材料。 一般只考虑采用价格低廉的水泥类材料，并通过添加剂来调节其性能，这些性能主要包括三个方面：工艺方面、破裂岩体的渗透性能、与煤岩体的粘结强度和抗变形性能。,照注浆工艺分为单液浆和双液浆。习惯上把浆液中的主剂分为无机和有机材料两大体系，,1.3 锚注锚杆/锚索,随着锚注支护技术推广应用，锚注锚杆/ 锚索最近几年发展迅速。锚杆/锚索在满足注浆的前提下向大直径高强度发展。国内外最近几年进行了大量的试验研究。最有代表性是德国研制的“一步到位”锚杆，并带一次性钻头的自钻进大直径全螺纹超高
6、强锚杆，称为ONE.STEP.ANCKER锚杆（图1.2）。,图1.1 德国锚杆发展历程,图1.1 表明了德国锚杆支护发展的20多年的历程，锚杆的破断力从160KN提高到360KN，锚固方式从端锚全长锚固锚注一体；德国的发展历程代表了深井巷道支护发展的趋势和方向。,2、锚注支护发展现状,一步到位锚杆的结构,2、锚注支护发展现状,澳大利亚对树脂锚杆的锚固效果进行了系统的研究影响锚固的因素有以下几个方面: 1、树脂搅拌不充分；2、过分树脂搅拌；3、树脂内有空洞或孔内无树脂；4、手套效应；5、树脂流失。,2、锚注支护发展现状,另一种锚杆就是注浆,2、锚注支护发展现状,澳大利亚最近几年也积极开展锚注一
7、体锚杆/锚索的研究。澳大利亚井下使用的一种新型的CT-Bolt 注浆锚杆，它采用机械式端头锚固做为初始锚固。,澳大利亚井下使用的CT-Bolt 注浆锚杆,2、锚注支护发展现状,CT-Bolt 注浆锚杆结构,2、锚注支护发展现状,CT-Bolt 注浆锚杆井下安装过程示意图,2、锚注支护发展现状,国内以往在煤巷中采用的注浆锚杆一般采用带出浆孔的钢管作为杆体，在其端部焊接一个麻花段用来搅拌树脂药卷，由于钢管壁厚薄，其承载能力也很低，一般在100KN难以满足深部开采高应力大变形巷道支护要求。,国内使用的注浆锚杆结构,2、锚注支护发展现状,波形螺纹的中空注浆锚杆,2、锚注支护发展现状,（2）注浆锚索 最
8、初注浆锚索采用钢绞线加工，为了便于与注浆材料结合在锁体上加工成笼形或加箍。 注浆锚索的笼型结构,注浆锚索,2、锚注支护发展现状,2005年澳大利亚开发中空注浆锚索开始在煤矿中应用。这种新型锚索产品的应用不仅在提高煤巷锚杆支护安全可靠性和总体成巷速度方面带来了显著的效果，而且为解决复杂困难条件下围岩加固问题提供了有效的技术手段。譬如，兖矿集团在澳大利亚投资的澳思达煤矿大量采用澳大利亚Mage-bolt公司的MS7R-TT强力注浆螺纹锁紧锚索，如图所示，用以支护跨度达8 m的切眼不需要打任何支柱或木垛。,2、锚注支护发展现状,澳思达煤矿采用的MS7R-TT强力注浆螺纹锁紧锚索,2、锚注支护发展现状
9、,MS7R-TT强力注浆螺纹锁紧锚索与注浆管的连接,2、锚注支护发展现状,澳思达煤矿未下井的中空锚注锚索,2、锚注支护发展现状,澳思达煤矿井下施工的中空锚注锚索,切眼支护,切眼支护,切眼支护,2、锚注支护发展现状,1.4 注浆工艺及参数 （1）注浆压力 注浆压力是浆液在岩土中扩散的动力，受工程地质条件、注浆方法和注浆材料等因素的影响和制约。 （2）扩散半径 扩散半径随着岩层渗透系数、裂隙开度、注浆压力、浆液流动特征、注入时间等因素的变化而不同，它决定着注浆工程量,往往仍需通过试验确定。 （3）凝胶时间 凝胶时间是浆液本身的特征。,3.强力锚注支护机理,33,Point Anchored Cab
10、le 端锚锚索,全锚锚索,Cable索体,Locker锁具,Cable索体,Locker锁具,Roof 顶板,Grouts 浆液,3.强力锚注支护机理,全长锚固锚索与端锚锚索相比： 支护系统的刚度大； 锚索的载荷传递特性好； 支护系统的抗剪能力强。,3.强力锚注支护机理,端锚5mm的变形提供2.5吨的约束力,全锚5mm的变形提供15吨的约束力,3.强力锚注支护机理,通过在混凝土内42mm钻孔内注入水泥浆进行剪切试验，锚索的抗剪力为破断力的1.11.2倍。而未注浆的钢绞线的抗剪力为破断力的0.7倍左右。,3.强力锚注支护机理,谢桥煤矿锚注钻孔窥视结果,注浆后取出岩芯,通过注浆改变了巷道围岩的力学
11、性质： 1.提高巷道围岩的强度和整体性。 2.网络骨架作用 3.粘结补强作用 4.高压注浆的压密作用,4.高强锚注支护材料锚注锚索,开发的指导思想： （1）采用小孔径的情况下进一步提高锚索的承载能力； （2）将树脂锚固锚索的优点与全长注浆锚索的优点结合在一起； （3）利用现有的锚杆施工和注浆设备实现锚注。,新型树脂端锚+后期注浆全锚的笼型锚索结构、特点及主要技术参数 新型中空注浆锚索有构形式见（下图）。,新型中空注浆锚索有构形式见（下图）,4.高强锚注支护材料锚注锚索,4.高强锚注支护材料锚注锚索,螺纹锁紧中空注浆锚索实物照片,4.高强锚注支护材料锚注锚索,4.高强锚注支护材料锚注锚索,锚具锁
12、紧中空注浆锚索实物照片,中空注浆锚索注浆效果模拟试验图,4.高强锚注支护材料锚注锚索,中空锚注锚索现场注浆,中空锚注锚索的主要技术参数,（1）钢丝公称直径： 6.0mm （2）锚索索体直径； 22mm （3）长度系列： 4000100000mm （4）安装孔径： 3235 ： （5）强度及破断力： 1670MPa /400KN （6）树脂锚固长度： 10001500mm （7）注浆压力：不低于 8.0MPa,4.高强锚注支护材料锚注锚索,新型中空注浆锚索的主要特点： 分为采用锚具锁紧和采用螺纹锁紧两种类型 采用小孔径安装，施工速度快 安装后，能及时承载 全长锚固，可靠，承载能力大 索体全部被锚
13、固剂和浆液包裹，耐腐蚀能力强,4.高强锚注支护材料锚注锚索,新型中空注浆锚索的基本原理： 索体前端1.21 . 5米为实心结构，采用树脂药卷锚固, 安装方式与普通树脂锚索完全相同；可以用螺纹锁紧方式，也可以进行张拉用锚具锁紧，锁紧张拉的同时, 孔口止浆塞即被楔紧, 完成封孔 索体其余部分为中空结构, 中心为注浆管，高强度预应力钢丝围绕在注浆管周围，通过专门的工艺将它们绞制成和钢绞线一样的外形,满足小孔径安装的要求； 浆液通过中心的注浆管，首先到锚索上部出浆口，然后沿钻孔向外流出直到孔口处，被止浆塞挡住无法继续流出，此后，钻孔内浆液的压力开始升高，浆液在高压作用下，向钻孔周围岩体内的裂隙和空隙中
14、扩散，对岩体产生注浆加固作用。,中空锚索的配套机具,（1）钻孔机具 新型树脂端锚+后期注浆全锚的笼型锚索井下安装施工所需的打眼钻机、钻杆、钻头等与普通树脂锚索施工所用的机具完全相同，无须增加新设备。 （2）搅拌头 济南澳科矿山工程技术有限公司提供与新型树脂端锚+后期注浆全锚的笼型锚索配套的搅拌头。 （3）注浆泵 新型树脂端锚+后期注浆全锚的笼型锚索采用反向注浆工艺，配套注浆泵需要采用风动高压注浆泵，注浆压力达到7MPa。济南澳科矿山工程技术有限公司可以提供这种便携式风动高压注浆泵。,新型水泥注浆添加剂 ACZ,ACZ型水泥注浆添加剂主要技术指标,膨胀率：0.50.8 1d抗压强度：25MPa
15、28d抗压强度：72MPa 添加量占水泥量8 对锚杆金属杆体（钢筋）无锈蚀，无毒，无污染。 重量：20kg/袋,ACZ型水泥注浆添加剂性能,水泥注浆添加剂的主要作用是减水、增塑、增强、微膨胀,克服目前水泥浆水灰比高、强度低、硬化收缩、泵送阻力大等问题。现场试验表明，加入ACZ型水泥注浆添加剂后，按水灰比0.5：1，在锚固长度仅为300mm的情况下，拉拔力可达到110kN，比净浆提高了2倍多。,4.锚注锚索施工工艺,4.1中空注浆锚索运输要求 根据结构和用途在中空注浆锚索运输过程中，应满足以下要求； 在装卸车过程中，应小心轻放，以免损坏锚索尾部螺纹。 在运输过程中应保持锚索表面清洁，避免锚索粘满
16、泥、灰、煤粉、油和水影响锚索与树脂和注浆液体的粘结效果。 锚索可以适当弯曲，但弯曲半径不能小于500mm，弯曲半径太小容易造成锚索注浆管折曲、变形，在注浆过程中形成大的阻力。,4.2 钻注浆锚索孔,使用单体顶板锚杆钻机或者支腿式帮锚杆钻机按设计位置钻顶板和帮锚索孔。 钻顶板岩石孔应采用32金刚石钻头、钻两帮锚索孔应采用32合金钻头。钻孔按打树脂锚索孔施工技术要求进行。钻孔深度小于注浆锚索长度5cm。 钻孔时应注意：帮或顶较破碎的地方，要将碎体放下来，清理出打孔位置，同时也便于封孔和控制打孔深度。,4.3 安装注浆锚索及封孔,锚索安装前，应先安装止浆塞到锚索尾部，当孔口破碎成喇叭口形状时应适当地缠绕棉纱。 用中空注浆锚索把1卷CK2860树脂锚固剂推入钻孔，边推进边搅拌。 检查封孔质量，如果止浆塞周围存在空隙，用棉纱塞紧，根据封孔位置距巷道面的距离选用 合适长度的505的钢管，用锚索托盘压住，上紧锚索螺母，施加不低于120kN的预
