“钢架棚+双液浆注浆”联合加固法的研究与应用

李河超，贺　辉

(1.山西潞安集团 蒲县后堡煤业有限公司，山西　临汾　041206；

2.山西西山晋兴能源有限责任公司 斜沟煤矿，山西　兴县　033600)



·技术经验·

“钢架棚+双液浆注浆”联合加固法的研究与应用

李河超1，贺辉2

(1.山西潞安集团 蒲县后堡煤业有限公司，山西临汾041206；

2.山西西山晋兴能源有限责任公司 斜沟煤矿，山西兴县033600)

摘要针对斜沟煤矿回风斜井出现的井筒两帮墙体砼开裂、拱顶砼脱落、钢筋外漏、底板相对鼓起并伴随着多点渗漏等现象，采用“钢架棚+双液浆注浆”联合加固法，对回风斜井井口以下进行U型钢拱形支架加强支护，对底板、底角、帮及拱部进行注浆加固，井筒修复取得良好的效果，井筒淋水得到了有效的遏制，确保了矿井的安全生产。

关键词钢架棚+双液浆注浆；联合加固；井筒；修复

1基本情况

斜沟井田属于河东煤田离柳矿区，井田南北长22 km，东西宽约4.5 km，总面积88.64 km2.矿井位于兴县县城北直线距离20 km处的岚漪河两侧, 行政区划隶属于兴县魏家滩镇和保德县南河沟乡。矿井工业广场位于兴县魏家滩镇，距兴县和岢岚县城均为50 km.煤炭地质储量22.4亿t，可采储量12.4亿t，设计生产能力1 500万t/a，主采8#、13#煤层，6#煤层局部可采。

矿井采用斜井开拓，一号和二号主斜井担负煤炭提升任务兼做进风井，副斜井担负材料、设备、人员的运输任务兼做进风井。回风斜井和回风立井担负矿井的回风任务。

回风斜井全长651.6 m，倾角25°，拱形断面，净宽5.6 m，净高4.6 m.明槽开挖段为井筒井口至斜长28 m，采用钢筋砼砌碹支护，支护厚度为400 mm，“三七”灰土回填。暗槽段斜长28.7～63 m，采用12号槽钢金属支架+锚杆、锚索、金属网喷射混凝土联合支护，支护厚度为400 mm.基岩段斜长63 m至井底，采用锚喷支护，喷射混凝土厚度100 mm.

该井筒于2008年10月投入使用，2014年6月的例行检查中发现回风井口周围地表有下沉迹象，井口以下31.5～37.5 m井筒两帮墙体砼开裂、拱顶砼脱落、钢筋外漏、底板相对鼓起及行人台阶开裂，井筒破裂段伴随着多点渗漏现象，同时存在几个明显的相对集中出水点，并且破裂、渗漏现象存在继续发展扩大的趋势。

2主要研究内容

针对以上井筒损坏情况，提出修复加固方案：

1) 在回风斜井井口以下17.6～41.6 m架设29号U型钢拱形支架加强支护。

U型钢拱形支架选用29U型钢加工，共分成4节加工，组合成型后整体呈直柱半圆拱形，净宽5.6 m，净高4.8 m，柱腿直线段高度2.0 m(入底板0.2 m)，半圆拱段半径2.8 m，其外断面契合于井筒内断面，即架设完成后，U型钢支架贴合于井筒内壁(不预留背板空间)，具体设计见图1.

图1　U型钢拱形支架设计图

U型钢支架顶部2节井圈，依据端部的连接板，采用4根预紧螺栓连接，顶部井圈与墙帮井圈采用2道U型钢专用卡揽搭接，井圈与井圈之间采用拉钩连接，每个井圈设2个拉钩环并焊接50 mm 6分钢管，在钢圈的底端断面位置焊接200 mm×200 mm×20 mm钢板作为铁鞋。

支架与支架间距为0.6 m，支架采用木楔背紧，整体采用由上至下的架棚施工顺序，先架最上一架棚，然后由上至下，依次完成40架钢棚的架设。

2) 底板、底角、帮及拱部注浆加固。

a) 底板注浆加固。

底板注浆加固段跨度设计为井口以下15～63 m，采用浅、深孔布设方式，浅孔与深孔的排距为2.0 m，共计施工60个注浆孔，其中浅孔36个，深孔24个。

单数排(1、3、5…)为浅孔，孔深1 000 mm，每排布置3个孔。双数排(2、4、6…)为深孔，孔深为2 000 mm，每排布置2个孔。各孔与底板均呈垂直布置，即注浆孔方向与井筒底板的夹角为65°，具体见图2.

图2　底板加固浅、深孔间排距布置示意图

b) 底角注浆加固。

底角注浆加固段设计跨度为井口以下15～40 m，注浆孔布设于帮底位置，开孔点位于斜井底板，距离左帮、右帮分别为300 mm、250 mm，浅孔与深孔的排距2.0 m，每排布置2个孔，共计施工24个注浆孔，其中浅孔12个，深孔12个。

单数排(1、3、5…)为浅孔，孔深1 000 mm，双数排(2、4、6…)为深孔，孔深为2 000 mm，各孔与底板均呈垂直布置并向外偏40°，见图3.

图3　巷帮底角加固孔布置示意图

c) 帮及拱部注浆加固。

帮及拱部注浆加固段设计跨度为井口以下20～73 m，注浆孔布设于井筒两帮和拱部，浅孔与深孔的排距2.0 m，共计施工95个注浆孔，其中浅孔56个，深孔39个。

单数排(1、3、5…)为浅孔，孔深1 000 mm，每排布置4个孔，双数排(2、4、6…)为深孔，孔深为2 000 mm，每排布置3个孔。注浆孔与井壁垂直，见图4，图5.

图4　帮及拱部浅、深孔布置示意图

图5　帮及拱部浅、深孔布置平面示意图

d) 架棚段浅孔眼和深孔眼的位置调整。

由于在井口以下17.6～41.6 m已架设U型钢拱形支架，此段注浆浅孔与深孔布置位置根据现场实际情况可做出适当调整，但保证每排注浆孔数不变。

e) 钻进成孔及封孔。

注浆孔钻进采用风锤进行，采用d42 mm钻头钻进至钻孔深度，安装6′焊管加工的孔口管；浅孔孔口管长度为1 000 mm，深孔孔口管长度为2 000 mm；封孔采用棉纱加锚固剂，即在孔口管管口150 mm左右缠上棉纱塞入注浆孔内，外口用锚固剂充实，孔口管外露不超过50 mm.

孔口管采用6′焊管加工，孔口管长度分别为1 000 mm、2 000 mm，管口向里400 mm为实管，管口处开20 mm长的丝扣，余下长度每隔100 mm在注浆管上打1个对穿孔，呈“十”字花布置，以便于水泥浆液更好的渗透，孔口管设计示意图见图6.

图6　孔口管设计示意图

f) 注浆顺序。

先进行底板及巷帮底角注浆，先浅孔后深孔，由下向上依次注浆至浅孔结束，然后进行深孔注浆；再进行帮及拱部注浆，也采用先浅孔后深孔，先帮部后拱部由下而上进行；最后进行单点明水点注浆封堵。单点明水点注浆见图7.

图7　单点明水点注浆示意图

g) 注浆压力。

控制注浆压力的主要目的是保护斜井井壁，防止由于注浆压力过大而发生井壁致裂的现象。

井壁强度效验采用下式进行：

式中：

P—注浆部位井壁能承载的压力，MPa；

E—井壁厚度，m，取0.4；

R0—井筒的净半径，m，取6；

K—井壁材料的允许抗压强度，K=R/n，MPa，取15；

R—井壁材料极限抗压强度，MPa，取30；

n—安全系数，取2;

Pc—注浆压力，MPa.

通过上述计算，结合以往注浆经验，帮及拱部注浆设计终压不得大于1.0 MPa，底板注浆压力不得大于0.8 MPa， 对于明水点封堵注浆终压不得大于0.8 MPa.

h) 注浆材料及参数和设备。

浅孔注浆均采用双液浆，双液浆能够在短时间(30～180 s)内凝固，对渗漏水裂隙和漏浆缝隙进行封堵，使围岩外层形成一圈止浆层，从而达到堵漏的目的。双液浆材料主要选择水泥和水玻璃，水泥选用4.25R普通硅酸盐水泥，水玻璃选用40 Be′,模数为2.8～3.2的水玻璃。双液浆中水泥浆(0.8∶1)与水玻璃体积比为1∶0.5～1[1]，根据现场裂隙的大小及漏浆程度，选择不同的配比，水玻璃的含量由大到小，则凝固时间由长变短，扩散半径由大到小[2].

深孔均采用单液水泥浆，材料主要选择4.25R普通硅酸盐水泥，水灰比为0.8∶1(2/3桶水，5袋水泥)。

注浆所用设备为ZBY 3/16-22型煤矿用液压注浆泵、LJ-300型搅拌机、铁皮储浆桶等，注浆系统示意图见图8.

图8　注浆系统示意图

3效果

通过采用“钢架棚+双液浆注浆”联合加固法对回风斜井损坏区域进行修复处理，回风斜井的损坏情况有了很大的改善，井筒得到了修复，并且由于水泥水玻璃双液浆的的作用，井筒淋水得到了有效的遏制，确保了矿井的安全生产。

参考文献

[1]刘玉祥，柳慧鹏.水泥-水玻璃双液注浆中的最优参数选择[J].矿冶,2005，14(4)：1-3.

[2]杨晓华，俞永华.水泥-水玻璃双液注浆在黄土隧道施工中的应用[J].中国公路学报,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

中图分类号：TD352

文献标识码：B

文章编号：1672-0652(2016)01-0017-03

作者简介：李河超(1987—)，男，山西运城人，2011年毕业于太原理工大学，助理工程师，主要从事井巷工程研究(E-mail)497187075@qq.com

收稿日期：2015-11-02