运输顺槽掘进断层含水破碎带注浆堵水与加固施工方案选读.doc

羊场湾煤矿Y292运输顺槽掘进 穿过DF15断层含水破碎带注浆堵水与加固施工方案 1 工程概况 羊场湾煤矿Y292运输顺槽沿二煤底板掘进，根据地质资料前方将遇到DF15正断层。2#煤层煤厚12.31m，倾角10°；煤层直接顶为粉砂岩、中粒砂岩互层，厚1.15m；老顶为中粒砂岩，厚18.45m；直接底为细砂岩，厚10.79m。DF15断层倾向305°，倾角82°，落差15m，与Y292运输顺槽斜交，夹角约36°。该顺槽在掘至距断层15m时，按7°下坡掘进直至通过断层带，巷道底板见2#煤底板夹矸，然后沿2#煤底板掘进。该顺槽在距断层前后15m范围采用锚、网、喷支护，并采用U25钢支架进行加强支护，该范围巷道断面采用三心拱，巷道宽5900mm，高4000mm。根据矿地测科在探巷探断层实际情况，该断层可能出现围岩破碎涌水、涌砂现象。 2 目的及要求 为防止DF15断层在巷道掘进通过时发生突水或冒顶事故，现按照《煤矿安全规程》、《矿井水文地质规程》及《煤矿防治水工作条例》有关规定，结合井田地质勘探资料、井巷揭露的地质资料有关内容，特编制本设计，对DF15正断层进行化学预注浆加固，防止突水、涌沙及冒顶事故的发生。 为确保工作面能够顺利推过DF15断层，防止掘进时发生冒顶或涌沙涌水事故，我们拟采用深孔超前化学预注浆加固及开挖后围岩锚注加固相结合的方法，实现堵水固沙，保证不发生冒顶或涌沙涌水事故，消除过断层的种种不安全因素，保证巷道的正常掘进。 3 化学注浆加固破碎煤岩体的机理 1)充填密实作用 浆液在注浆泵压力作用下，不但可以将互相联通的岩体裂隙充满，同时在压力的作用下，还可以将充填不到的封闭裂隙和空隙压缩，从而对岩体整体起到压实作用。压实作用的结果是使岩体的弹性模量提高，强度也相应提高。 2)网络骨架作用 在破碎煤岩的注浆加固过程中，浆液在泵压的作用下挤压或渗透到破碎煤岩的大大小小的裂隙中去，浆液固结后，以固体的形式充填在裂隙中并与岩体固结，这些充填的材料在岩体内形成新的网络骨架结构，注浆后的岩体增加了由加固材料形成的浆脉。这些浆脉在岩体中呈薄厚不一的片状或条状，但均相互联系形成网络骨架，网络骨架内侧则是均匀密实的岩体，形成网络骨架的充填材料具有较好的弹性的粘结强度。 3)补强作用 岩体的强度通常用莫尔强度理论来描述，注浆加固的补强作用可采用莫尔强度理论进行分析，为简化计算，强度曲线采用直线形包络线。即 式1 式中：τ――岩体抗剪强度，Mpa； σ――正应力，Mpa； C――岩体的内应力，Mpa； ψ――内摩擦角，°。 由上式可知，岩体强度的大小是由C、ψ两个指标确定的。当集中的切向应力超过岩体的强度极限时，工作面表面的岩体首先破坏，产生裂隙，岩体原有的内应力及内摩擦角下降，围岩在一定范围内形成围岩破碎带，此破碎带内的岩体虽具有一定残余强度，但其抵抗工作面围岩深度变形的能力显著降低，注浆加固的目的就是通过注浆使这一区域内的破碎岩体的强度及整体性得到加强，如图1。 岩体C、ψ值的增值大小，视注浆材料的性能及注浆工艺是否合适而有所不同，一般来讲，注浆材料本身固结强度高、稳定性能好，注浆工艺合理，能保证岩体裂隙充填密实，浆液与裂隙面粘结牢靠，其C、ψ值的增值较大。 通过注浆可改善岩体弱面的力学性能，即提高裂隙的粘结力和内摩擦角，增大岩体内部块间相对位移的阻力，从而提高围岩的整体稳定性。 4)转变破坏作用 当岩体中存在较大的裂隙时，切裂隙附近的岩石单元处于二向应力状态，而当裂隙内充满加固材料后应力发生变化，这些单元将转变成三向受力状态。岩石在三向受力状态下的强度极限将比在二相或单向受力时显著增大，并且脆性减弱，塑性增强，注浆加固起到了转换破坏机理和增加岩体强度的作用。连续介质（如岩体）内有裂隙时，在承载过程中会形成严重的应力集中，而最大的应力集中在裂隙端部，如图2所示。应力集中系数K取决于裂隙端部半径ρ，裂隙长 度C及岩体尺寸W之比。介质发生破坏就是在一定的应力条件下裂隙出现失稳扩展的结果。经过注浆加固后，裂隙内将充满加固材料，而且由于加固材料对裂隙面的粘结作用，会使裂隙端部的应力大大削弱或消失，从而可使岩体的破坏机理发生转变，由原来裂隙扩展破坏转变为在最大剪应力作用下的剪切破坏，或在垂直于最小主应力方向发生拉伸破坏等等。 4 锚注加固技术及其机理 作为控制软岩巷道矿压显现与巷道维护的有效手段之一，近年来锚注加固技术特别是全断面锚注加固技术受到了人