秦秀山，陳何，羅先偉，周炳任

（1.北京礦冶研究總院，北京100070；2.廣西華錫集團(tuán)股份有限公司銅坑礦，廣西南丹547207）

我國礦產(chǎn)資源整體賦存狀況差，由于受開采條件和技術(shù)條件制約，眾多有色金屬礦山均存在大量復(fù)雜難采殘留礦體，無法正常回收［1－3］。這些殘留礦石資源回采技術(shù)復(fù)雜、安全條件差，造成礦產(chǎn)資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。

廣西華錫集團(tuán)股份有限公司銅坑礦存在大量深部復(fù)雜難采殘留礦石無法正?；厥眨?－5］。為實(shí)現(xiàn)殘礦回收，需要在殘留礦石附近的礦柱布置出礦巷道。由于深部開采應(yīng)力較大，試驗(yàn)區(qū)內(nèi)的部分礦柱破碎情況嚴(yán)重，無法正常掘進(jìn)出礦巷道，需要對其進(jìn)行超前加固支護(hù)［6］。

錨桿加固和注漿加固這兩種方法在維護(hù)巷道圍巖穩(wěn)定性方面應(yīng)用都極為普遍，然而它們都有各自的適用范圍，在特殊條件下將不能發(fā)揮其加固的有效性［7－9］。

復(fù)式錨注加固技術(shù)將注漿與錨桿的支護(hù)作用有機(jī)結(jié)合在一起，是維護(hù)圍巖穩(wěn)定性的有效方法［10］。該技術(shù)具有注漿加固和錨桿支護(hù)的雙重作用，其控制圍巖變形的效果比單獨(dú)使用錨桿或者注漿效果要好得多，可以大大提高圍巖的穩(wěn)定性，擴(kuò)大注漿和錨固的使用范圍［11］。

開展破碎礦柱超前加固問題的試驗(yàn)研究，對銅坑礦安全生產(chǎn)具有重要意義。

1 現(xiàn)場注漿試驗(yàn)

根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)情況調(diào)查、注漿加固方案設(shè)計(jì)、注漿材料性能研究、地表模擬注漿試驗(yàn)、施工設(shè)備以及現(xiàn)場條件，綜合考慮確定適合現(xiàn)場情況的施工計(jì)劃、施工方法和管理標(biāo)準(zhǔn)。

1.1 鉆孔設(shè)備選擇

采用立柱式潛孔鉆機(jī)，配用沖擊器型號為CIR90，該鉆機(jī)適合f＝8～16的堅(jiān)硬巖石，成孔直徑為65～130mm，鉆孔深度為0～30m，使用風(fēng)壓為0.5～0.7MPa，基本能適應(yīng)施工要求。

某些特殊地段，巖體極為破碎，無法正常成孔，經(jīng)常造成卡鉆、塌孔等現(xiàn)象?？紤]各種因素，提出采用偏心跟管鉆進(jìn)成孔工藝。

1.2 注漿設(shè)備選擇

選用2TGZ－60／210型雙液調(diào)速高壓注漿泵。該泵具有如下幾個(gè)獨(dú)有特點(diǎn)：

1）注漿泵壓力高，可滿足井下各種不同條件對注漿壓力的要求；

2）柱塞的往復(fù)次數(shù)有四個(gè)速度，可隨意改變排漿量和注漿壓力，能有效擴(kuò)大漿液的充填半徑，提高注漿效果；

3）輕便靈活，使注漿工藝由繁變簡。

1.3 現(xiàn)場設(shè)備布置

現(xiàn)場所需設(shè)備及其布置如圖1所示。

圖1 井下試驗(yàn)現(xiàn)場設(shè)備布置圖Fig.1 Equipment arrangement in underground

1.4 注漿孔施工

1）注漿孔采用Φ90mm鉆頭鉆進(jìn)。當(dāng)遇巖體極破碎、正常鉆進(jìn)無法成孔時(shí)，采用Φ108mm偏心鉆帶套管鉆進(jìn)；

2）鉆孔施工時(shí)，沿?cái)嗝孑喞苓呫@鑿一圈注漿孔，每個(gè)孔孔深均為6m；

3）注漿孔與巷道中心線夾角為30°，根據(jù)現(xiàn)場情況，沿設(shè)計(jì)的巷道輪廓線合理布置；

4）設(shè)計(jì)注漿試驗(yàn)一個(gè)循環(huán)的巷道加固長度為6m。當(dāng)遇巖體破碎長度較長時(shí)，待該循環(huán)掘支成巷后，重復(fù)上述步驟。

1.5 觀測孔施工

為監(jiān)測漿液的流動(dòng)情況以及考察設(shè)計(jì)參數(shù)的合理性，對施工鉆孔進(jìn)行檢測。

為防止干擾，觀測孔內(nèi)分別根據(jù)孔深下入不同深度塑料管，用于觀察相關(guān)位置漿液的到達(dá)情況，如圖4所示。

觀測孔布置如圖5所示，圖中N1為注漿孔，G1—G6為觀測孔。

G1—G4孔深依次增大，4個(gè)孔與N1孔的距離相同，用于觀察等距條件下不同深度的漿液流動(dòng)情況。

圖2 注漿孔設(shè)計(jì)縱剖面圖 ／mmFig.2 Vertical profile of grouting holes design

圖3 注漿孔設(shè)計(jì)橫斷面圖 ／mmFig.3 Cross－sectional map of grouting holes design

圖4 觀測孔內(nèi)布置圖Fig.4 Arrangement in observation holes

圖5 觀測孔布置斷面圖Fig.5 Sectional map of observation holes arrangement

G4—G6孔深相同，3個(gè)孔距N1孔的距離依次增大。用于觀察等深條件下，漿液擴(kuò)散半徑隨時(shí)間的變化情況。

1.6 井下錨注施工

1）當(dāng)注漿設(shè)備布置好后，在孔內(nèi)下入2根鋼筋，孔口下注漿管連接件。按設(shè)計(jì)的漿液配比攪拌好水泥漿和水玻璃漿液做準(zhǔn)備。

2）將注漿管推到孔內(nèi)并擰上孔口螺絲，管路按照設(shè)計(jì)要求順序連接。先用清水對注漿系統(tǒng)進(jìn)行測試，確保一定壓力下不爆管、不跑漿。

3）如準(zhǔn)備妥當(dāng)，即可進(jìn)行高壓注漿。高壓注漿過程中，開始時(shí)先使用單液漿，然后用水灰比2∶1的稀漿充填毛細(xì)裂隙，使注漿半徑先擴(kuò)大。

注漿過程中隨時(shí)注意觀測孔中的漿液出現(xiàn)情況，并記錄相應(yīng)時(shí)間。

4）當(dāng)最外圍的觀測孔出現(xiàn)漿液時(shí)，改用水灰比為1∶1的濃液注漿，之后按注漿配比加入一定量水玻璃，使水泥加速凝結(jié)，達(dá)到既能有效加強(qiáng)破碎巖體的強(qiáng)度又能使擴(kuò)散半徑控制在理想范圍內(nèi)的目的。

5）當(dāng)壓力表在低檔注漿下達(dá)到3MPa并能穩(wěn)定一段時(shí)間后，即可停止注漿。

2 錨注加固效果評價(jià)

測試技術(shù)是驗(yàn)證巖土工程設(shè)計(jì)合理性和保證施工質(zhì)量的重要手段。采用聲波測試技術(shù)對巖體進(jìn)行波速測定，通過同一位置巖體波速的變化情況分析錨注加固的效果。

測試所用儀器主要有SY—1聲波測試儀、測試探頭及信號連接線等。通過雙孔孔中測定法進(jìn)行巖體聲波測試。測試范圍為注漿區(qū)段的掌子面，對該巖體在注漿施工前后分別進(jìn)行了原位巖體波速測試。

1）聲波測試結(jié)果分析

現(xiàn)場聲波測試結(jié)果如表1所示。

表1 巖體聲波測試結(jié)果Table 1 Rock sonic test results

由表1可繪柱狀圖，如圖6。

注漿前巖體波速較小，說明聲波在該巖體中衰減速度較快；而注漿后巖體波速明顯增大，說明其巖體完整性變好。

2）巖體完整程度分析

巖體完整程度的定量指標(biāo)，采用巖體完整性指數(shù)Kv表示。

圖6 注漿前后巖體波速變化Fig.6 Rock wave velocities before and after grouting

Kv值按下式計(jì)算：

式中：Vpm——巖體彈性縱波速度，km／s；Vpr——巖石彈性縱波速度，km／s。

巖體完整性指數(shù)Kv與定性劃分的巖體完整性程度的對應(yīng)關(guān)系見表2。

表2 Kv與巖體完整程度的對應(yīng)關(guān)系Table 2 Corresponding relationship between Kvand rock mass integrity

本次巖體完整指數(shù)，采用與測試巖體對應(yīng)的地質(zhì)巖芯的縱波波速測試結(jié)果進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算結(jié)果和評價(jià)指標(biāo)見表3。

表3 巖體完整程度評價(jià)表Table 3 Assessment form of rock mass integrity

3）測試數(shù)據(jù)分析

（1）注漿前巖體波速較小，說明聲波在該巖體中衰減速度較快；而注漿后巖體波速明顯增大，說明該巖體完整性變好。

（2）注漿前巖體完整性指數(shù)較低，屬于較破碎狀態(tài)；而注漿后巖體完整性指數(shù)增大、完整性程度變好，屬于完整狀態(tài)。

3 結(jié)論

1）采用高壓錨注加固支護(hù)，能夠提高圍巖的整體性，改善其受力狀態(tài)，從而提高圍巖的自承能力和穩(wěn)定性。

2）每個(gè)注漿孔都可獲得3m左右的有效擴(kuò)散，巷道周圍的錨注孔連起來，則在巷道周圍形成了一個(gè)連為整體的灌注樁群，它可以有效地保護(hù)巷道的周邊穩(wěn)定。

3）通過試驗(yàn)，確定了合理的施工技術(shù)參數(shù)、錨注加固工藝、加固效果檢測和安全措施等，這對整個(gè)工程的施工效果有非常重要的影響。

4）利用SY－1型聲波測試儀等采用超聲波速對比法進(jìn)行了現(xiàn)場加固效果評價(jià)，結(jié)果表明對破碎礦柱的高壓錨注加固取得了較好的效果。

綜合分析可知，錨注技術(shù)對銅坑礦破碎礦柱的加固具有顯著的效果。

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