N213区注浆实验报告资料.docx
- 文档编号:26879356
- 上传时间:2023-06-23
- 格式:DOCX
- 页数:14
- 大小:176.84KB
N213区注浆实验报告资料.docx
《N213区注浆实验报告资料.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《N213区注浆实验报告资料.docx(14页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
N213区注浆实验报告资料
N213区回风顺槽中空注浆
锚索(杆)支护实验
总结报告
金宝屯煤矿生产部技术部
2015年9月
1实验背景
为解决金宝屯煤矿巷道压力大,钢材投入量大,支护成本高,体力消耗大、后期维护量大等问题,集团公司到安徽省淮南市顺辉锚固有限公司及使用注锚技术的矿井现场考察后,认为采用中空锚索(杆),先锚后注、锚注一体的施工工艺,支护技术先进,对软岩巷道支护也具有适应性,为此在金宝屯煤矿N213区回风顺槽进行探索性实验。
2N123区地质概况
N213区煤层厚度2.2m~3.45m,平均厚度3.0m米。
煤层为单一煤层,坚固性系数f=2-3,N213区煤层伪顶为泥岩,平均厚度1.6m,遇水泥化、膨胀、破碎易冒落。
基本顶为粉砂岩,平均厚度3.7m,节理发育。
煤层底板为厚层泥岩,也是软岩、层状、有膨胀性,厚度较大,预计厚度在全区内为30~60米。
煤层顶底板情况表:
顶底板名称
岩石类别
厚度m
岩性
顶板
老顶
VI
7—12
细砂岩、砾岩
直接顶
Ⅳ
3.7
粉砂岩
伪顶
Ⅳ
1.6
泥岩
底板
直接底
Ⅳ
30—60
泥岩
综合柱状图:
(见附图)。
3中空注浆锚索(杆)
3.1中空注浆锚索研发出发点
(1)把注浆锚固锚索和树脂锚固锚索合二为一,通过二者之间的取长补短,兼有二者的优点,克服它们各自的缺点,形成一种全新的锚索品种;
(2)通过提高注浆压力,使浆液在充满钻孔、实现全长锚固的同时,向钻孔周围岩石裂隙中扩散,对围岩起到粘结固化作用,实现深孔锚注。
3.2中空注浆锚索支护机理
中空注浆锚索的支护机理主要包括以下几个方面:
(1)采用注浆锚索注浆,可以利用浆液封堵围岩裂隙,隔绝空气,防止围岩风化,且能防止围岩被水浸湿而降低围岩的本身强度。
(2)注浆后浆液将松散破碎的围岩胶结成整体,提高了岩体强度和内聚力、内摩擦角及弹性模量,从而提高了岩体强度,可以实现利用围岩本身作为支护结构的一部分;且与原岩形成一个整体,使巷道保持稳定而不易产生破坏。
(3)利用注浆锚索注浆充填围岩裂隙,配合锚喷支护,可以形成一个多层有效组合拱,即喷网组合拱、锚杆压缩区组合拱及浆液扩散加固拱,从而扩大了支护结构的有效承载范围,提高了支护结构的整体性和承载能力;
(4)注浆后使得作用在顶板上的垂直载荷能有效地传递到两帮,通过对帮部的加固,又能把荷载传递到底板;同时由于组合拱厚度的加大,这样又能减小作用在底板上的荷载集中度,从而减小底板岩石中的应力,减弱底板的塑性变形,减轻底臌;且底板的稳定,有助于两帮的稳定,在底板及两帮稳定的情况下,又能保持顶板的稳定。
3.3中空注浆锚索的结构形式
中空注浆锚索主要由锚索索体、托盘、索具、止浆塞部件组成。
锚索索体由三部分组成,顶部实心段用于搅拌树脂实现端锚,中间段内有软性芯管(柔性注浆管),便于锚索弯曲和注浆,中间段与顶部实心段具有出浆口,锚索尾部为紧固段,内用高强合金管(刚性注浆管),当锚具紧固时索体不收缩。
止浆塞采用锥形橡胶止浆塞。
中空注浆锚索结构形式如图3-1所示。
图3-1中空注浆锚索结构形式
图3-2为中空注浆锚索的实物图。
图3-2中空注浆锚索实物图
锚索索体采用高强度螺旋肋预应力钢丝编绞而成。
高强度螺旋肋预应力钢丝是一种新型变形钢丝,其主要特征是将压延拉拔工艺处理后的半成品经过最后一次塑性变形拉拔,使钢丝表面形成3至6条连续状的凸起的螺旋肋,螺旋肋同基圆为一体,共同组成同一个截面的钢丝,也就是说无论多长的钢丝在任一点其截面积都相等。
无论是外形加工方法、材料性能均有光面钢丝、刻痕钢丝和三股钢绞线不可替代的优良特性。
具有强度高、塑性好、松弛值低、伸直性好、与锚固剂的握裹力强等特点。
高强螺旋肋预应力钢丝外形如图3-3所示,用螺旋肋钢丝制造的中空注浆锚索索体如图3-4所示。
图3-3高强螺旋肋预应力钢丝外形图3-4中空注浆锚索索体
3.4中空注浆锚索的封孔方式
如图3-5所示,中空注浆锚索的封孔方式按从上到下顺序依次为物理法浅部封孔、物理法深部封孔、化学法深部封孔,其中1为封堵螺帽、2为硬管、3为软管、4为限位环、5为双组份化学材料。
图3-5中空注浆锚索的封孔方式图
(1)物理法浅部封孔适合巷道表面及浅部裂隙发育不充分的地点,锚索张拉后锁具推动锥形橡胶塞与孔口密接实现封堵止浆之目的。
(2)物理法深部封孔适合巷道浅部裂隙较发育的地点,硬管2和软管3长度之和大于限位环4距孔口的距离,当锚索张拉后锁具推动硬管2,软管3在此作用下膨胀,从而实现深部封孔。
(3)化学法深部封孔法适用地点广泛,药包5内为双组份化学材料,充分混合后发生膨胀实现封孔止浆。
3.5中空注浆锚索的优点
相对于普通树脂端锚锚索相比,中空注浆锚索有以下三个方面优点:
(1)改端锚为全长锚固,提高了支护系统的刚度及抗剪切能力,与端锚锚索相比不容易卸载;
(2)注浆加固改变了巷道围岩的力学性质,渗透到岩体中的浆脉起到网络骨架、粘结补强、对巷道围岩压密、转变围岩破坏机制的作用;
(3)注浆加固拱可对深部破裂围岩提供高应力的径向约束,使破裂岩体发挥应力强化特性,从而提高支护结构的整体承载能力,以适应高应力软岩巷道的支护要求。
相对于传统的注浆锚索,中空注浆锚索有以下优点:
(1)锚索索体为新型中空结构,自带注浆芯管,采用反向注浆方式,不仅消除了产生气穴空洞的可能,保证锚固浆液充满钻孔,而且省去了排气管和注浆管专用接头,也无须在现场绑匝注浆管、排气管以及封堵注浆孔,使施工步骤大为简化;
(2)索体上部为搅拌树脂药卷端锚,下端采用螺纹锁紧,安装后能立即承载,对于自稳能力差的顶板岩层又是非常有利的;
(3)采用螺纹锁紧方式,锁紧机构工作可靠,不会打滑,不会产生火花,对井下潮湿、淋水环境的适应性是采用夹片式锚具锁紧方式所无法比拟的;锚索的安装、预紧方式与树脂锚杆完全相同,取消了张拉工序,不但能实现搅拌、张紧一体化快速安装,而且使锚索与锚杆能同步承载,形成整体支护作用;
(4)索体及锁紧机构采用新型结构,在保证注浆通径的前提下,使索体直径达到最小化,所需安装孔径小,实现了小孔径、大吨位,索体结构本身满足高压注浆的要求,可以实现锚注结合;
(5)由于安装后能立即承载,因此注浆可以安排在迎头后方一定距离将一定范围的锚索一次注完,因此施工非常便利。
中空注浆锚索现场使用情况如图3-6所示。
图3-6中空注浆锚索现场使用情况
3.6中空注浆锚索的技术参数
(1)钢丝公称直径:
6.0mm
(2)锚索索体直径;Ф22mm、Ф29mm
(3)长度:
6000~8000mm
(4)安装孔径:
Ф32mm
(5)强度及破断力:
强度1760MPa,破断力≥420KN
(6)树脂锚固长度:
1000~1500mm
(7)中空注浆管规格:
内径Ф7.5mm外径Ф10mm
(8)注浆压力:
≥5.0MPa,最大7.0MPa
(9)延伸率:
≥3%
3.7注锚剂
注锚剂是属于液态高分子改性树脂注浆产品,是由A、B组分组成,应用于井下破碎松散煤体、岩体裂隙等不良岩层注浆加固,可快速有效解决片帮,冒顶,渗水等技术难题。
该注锚剂可作为中空注浆锚索的注浆材料。
图7-7注锚剂
该产品混合粘度低,能渗入较细岩缝中,反应迅速,形成的固体具有高强度、高韧性、抗压缩变形、抗拉伸、抗剪切,能够把原来松散的、破碎的、不连续的煤岩体围岩胶结成连续的、完整的受力体。
注锚剂的主要技术参数如下:
(1)外观:
粘稠液体,A组为浅黄色液体,B组为深蓝色液体;
(2)混合体积比:
A组∶B组=1∶1
(3)凝胶时间(22±1℃):
3-30min
(4)反应温度:
≤100℃
(5)抗压强度:
≥55MPa
(6)贮存期(20℃):
3个月
根据现场安装矿压表,经过观测,顶板压力最大为26Mpa,注锚剂的抗压强度完全可以支撑顶板压力。
还需要等到回采过程中,对矿压表的观测分析顶板压力的大小。
在实验地段安设了两个顶板离层仪,原支护地点安设一个,用于观测8米以下的顶板离层量,通过观测,注浆后的顶板离层量不明显,未注浆的离层仪离层量大概为230mm。
说明,截至目前为止注浆后的顶板比较稳定,未发生离层。
4施工方案设计
在金宝屯煤矿N213区回风顺槽距离开切眼226米处开始实验地段,实验分为三个阶段:
第一阶段:
实验长度60米。
距工作面开切266米处开始打中空注浆锚索(杆)60米,注锚固剂,之后,套一米三架40U双层圆棚。
第二阶段:
实验长度43米。
距工作面开切206米处开始,打中空注浆锚索(杆)43米,注锚固剂之后,套一米三架40U单层圆棚。
第三阶段:
实验长度50米。
距工作面开切91米处开始,打中空注浆锚索(杆)50米,注锚固剂,之后,套棚距600㎜一架40U双层圆棚。
5施工方法
5.1中空锚索(杆)施工方式
顶板采用5根8×φ22mm中空注浆锚索,两肩窝采用2根6×φ22mm中空注浆锚索,顶板打2.4m右旋普通锚杆6根,两侧帮部采用6根左旋3.5m×φ25mm中空注浆锚杆和2根右旋2.4m×φ24mm普通锚杆,锚索(杆)间排距700×700mm。
5.2注锚固剂方法
中空锚索(杆)打完后,使用气动注浆泵进行注锚固剂,锚固剂分A、B两种材料,施工时将两种材料注入中空锚索(杆)混合后,通过泵压力将锚固剂向破碎松散煤(岩)体裂隙挤压,锚固剂在煤(岩)体内3—15分钟凝固,使围岩在一定范围内胶结形成坚固的整体,从而保证巷道保持稳定而不易产生破坏。
6成本分析
6.1原支护形式
顶板打7米长锚索5根、2.4米锚杆6根。
两帮打2.4米锚杆6根、挂金属网、套棚、喷浆联合支护。
套棚为3架/米40U型钢双层棚。
锚杆、锚索间排距为700mm。
6.2每米原支护材料价格
材料
数量
单价
总计
40U双圆棚
3架/米
4400元/架
13200元/米
40U卡子
48副/米
40元/副
1920元/米
7米长锚索
5根/0.7米
120元/根
857元/米
2.4米长锚杆
12根/0.7米
33.5元/根
574元/米
索具
5套/0.7米
45元/套
321元/米
总价
16872元/米
注:
金属网,托盘,喷浆施工材料成本不发生变动,不做比较。
6.3现支护形式
顶板打8米长中空锚索5根,2.4米锚杆6根,两肩窝打6米长中空锚索2根,两帮打3.5米长左旋中空锚杆6根和2.4米长右旋锚杆2根,挂金属网,套棚,喷浆联合支护。
锚索、锚杆间排距为700mm。
6.4每米现支护材料价格(不含套棚成本)
材料
单价
数量
总计
8米长中空锚索
204元/根
5根/0.7米
1457元/米
6米长中空锚索
153元/根
2根/0.7米
437元/米
3.5米长中空锚杆
95元/根
6根/0.7米
815元/米
止浆胶塞
15元/个
13个/米
278元/米
注锚剂
(如下详细计算)
5565元/米
2.4米锚杆
33.5元/根
8根/0.7米
397元/米
锁具
45元/套
7套/0.7米
450元/米
总价
9399元/米
本次实验共分三个阶段,长度为156米。
共投入8m中空锚索1145根,6m中空锚索920根,3.5m中空锚杆1600根,注锚剂770桶(包括A、B料),普通锚杆3680根,止浆胶塞2048个,锁具2065个(未投入使用的材料没有计算)。
注:
注锚剂使用量计算如下:
顺辉牌注锚剂(A\B料)、注得固(甲、乙组)化学加固材料费15元/公斤
(1)中空注浆锚索理论计算:
Q单=AπR2HnBm/1.3
A:
注浆损耗系数,取1.05;
R2:
注浆有效半径;取1m
H:
注浆长度,取3m;
n:
孔隙率;取0.6%;
B:
注浆充填系数;0.6;
m:
注浆密度,700/m3
平均注浆重复系数:
1.3
(2)锚索单孔注浆量:
Q单=1.05×3.14×12×3×0.006×0.6×700/1.3=19.17kg
(3)锚杆单孔注浆量采用估算法计量:
Q2=19X1.0=19kg
现场实际施工,根据监测计算,锚索平均每根注浆量不少于20公斤,锚杆平均每根注浆量20公斤。
现场注浆过程中会出现漏浆、倒浆不完全等情况,故每根锚索注浆量20公斤,锚杆注浆量20公斤。
中空锚索平均每米注浆:
20kg×7根=140kg/0.7米=200kg/米
中空锚杆平均每米注浆:
20kg×6根=120kg/0.7米=171kg/米
每米共需要注浆:
200kg/米+171kg/米=371kg/米
锚固剂每米费用:
371kg/米×注锚剂15元/kg=5565元/米
7技术经济比较
现施工方案:
一米三架双圆棚,锚杆、锚索联合支护。
方案一:
注浆后一米三架双圆棚。
方案二:
注浆后一米三架单圆棚。
方案三:
注浆后棚距600mm双圆棚。
7.1对三个方案进行技术分析
施工方案
方案一
方案二
方案三
优点
(1)支护强度大,能较好的对围岩及顶板进行锚固;
(2)减小了巷道维修量。
(1)劳动强度大大减少;
(2)节省材料;
(3)可以保障掘进速度;
(4)减少劳动强度。
(1)劳动强度减少;
(2)节省钢材;
(3)可以保障掘进速度;
(4)减少劳动强度。
缺点
(1)施工强度大,增加劳动量;
(2)投资多,支护成本高;
(3)工艺复杂。
(1)对顶板压力的承受力不足,巷道变形严重;
(2)增加了巷道维修工作;
(3)对回采造成影响。
(1)增加注浆劳动量;
(2)个别压力集中区产生棚子变形。
总的来说,三个方案在技术上各有优缺点,但是方案一在成本上过多,并没有改变圆棚支护参数,不能起到实验的效果,因此可以初步排除方案一,方案二在实验过程中,已经出现棚子变形等情况,所以也可排除方案二。
方案三在实验过程中,棚子变形不严重,还需等回采过程中对棚子的监测做出具体结论。
经过陈胜伟总工程师与局梁科长、孟科长现场研究,提出第四种方案,棚距500mm,双圆棚支护,此方案预计可以很好的起到支护作用。
7.2经济比较
方案一:
注浆后一米三架双圆棚。
注浆材料成本+一米三架40U双圆棚成本=9399+13200=22599元/米。
方案二:
注浆后一米三架单圆棚。
注浆材料成本+一米三架单圆棚成本=9399+13200/2=15999元/米。
方案三:
注浆后棚距600mm双圆棚。
注浆材料成本+600mm棚距双圆棚成本=9399+13200/3*2=18199元/米。
方案
支护形式
支护成本
经济差
方案一
注浆后一米三架双圆棚。
22599元/米
+5727元/米
方案二
注浆后一米三架单圆棚。
15999元/米
-873元/米
方案三
注浆后棚距600mm双圆棚。
18119元/米
+1247元/米
原方案
一米三架双圆棚
16872元/米
注:
+与现支护相比增加,-与现支护相比减少。
在经济上,方案二与原支护费用相比节约873元/米,为最优;其次是方案三比原支护费用相比增加1247元。
8实验总结
因注浆滞后于套棚,且棚距较密,导致第一阶段与第二阶段实验段两帮及肩窝暂不具备注浆条件,只能对顶板中部3-4根锚索进行注浆,导致效果不明显,但通过现场观察和技术分析,方案三可以起到对顶板及围岩的支护强度的加强,但是所需成本和支护参数并不是我们实验想得到的结果。
方案二支护在现场的观察已经发现了棚子发生变形,棚梁压平等现象,不能很好的起到支护作用。
方案三在实验过程中可以对巷道起到很好的支护作用,但是需要等巷道受采动影响后,才能更好的做出下一步的结论。
引用此项技术的技术分析
有利因素
不利因素
(1)降低支护成本;
(2)降低工人劳动强度;
(3)降低翻修拉底费用;
(4)降低往返运输费用;
(5)提高旧铁利用率。
(1)注浆泵压力缸故障频发,对注浆效率影响大;
需要专业人员对注浆泵维修,增加维修成本;
(2)锚固剂A、B料在运输过程中出现漏液现象,浪费成本;
(3)在注浆过程中,泵头喷浆会溅射到工人身上,浆液散热伤人;
(4)对风压要求高,注浆用风回影响其他用风工作进行。
金宝屯矿
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- N213 区注浆 实验 报告 资料
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)