CN101749030B - 用于巷道软弱围岩加固的多孔并联注浆方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种用于巷道软弱围岩加固的多孔并联注浆方法及装置，按梅花形布置注浆孔的孔位，采用大流量(≥52L/min)的电动注浆泵、大直径的注浆管，通过多级分流控制器，连接3～9条注浆管路；各注浆管路上均安装有压力表、控制阀、流量表实时控制注浆孔的压力和流量；选择巷道某一区域内底板、帮部或顶板破坏及裂隙发育程度类似的相同位置施工多个注浆孔，并安装注浆锚杆；通过多个注浆管路连接多个注浆锚杆，实现同时对多个注浆孔的注浆，当其中一孔浆液不再流动时，且注浆压力达到2MPa以上时，停止该注浆孔的注浆，将该注浆管路连接到下一注浆锚杆上，实施下一个注浆孔的注浆，直至该区域的注浆孔都注完为止。注浆速度提高3～9倍以上，大大提高了围岩自身承载能力。

Description

用于巷道软弱围岩加固的多孔并联注浆方法及装置

技术领域

本发明涉及一种多孔注浆方法及装置，尤其是一种适用于巷道软弱围岩加固的多孔并联注浆方法及装置，属于井巷软弱破碎围岩支护工程领域。

背景技术

软弱围岩注浆工艺近年来在国内外煤矿巷道支护领域得到一定程度的应用，其目的是通过注浆充填围岩裂隙，将破碎岩块胶结加固成整体，充分提高围岩的自身承载能力，改善支护效果，在涌水量大的巷道中也能起到堵水防渗的作用。但煤矿现有的注浆工艺存在以下问题：①注浆孔采用单一的矩形布置方式，浆液首先向较为发育的裂隙渗透，阻止了对低渗透性泥质软岩的加固；②采用低流量注浆泵单孔施工，速度慢、效率低，已成为巷道快速掘进的瓶颈；③由于缺少注浆过程的控制方法，操作中往往造成缺注、漏注，达不到注浆质量要求；④有些矿井为满足进度要求，安排大量人员和设备同时作业，造成人员和设备占用，并对正常的掘进施工产生较大的影响。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种方法及结构简单，注浆速度快，效率高，效果好的用于巷道软弱围岩加固的多孔并联注浆方法及装置。

技术方案：本发明用于巷道软弱围岩加固的多孔并联注浆方法：

步骤一、首先根据巷道围岩破坏及裂隙发育情况确定巷道两帮或巷道顶底注浆孔的位置，注浆孔的位置确定满足注浆孔的间距c≤浆液的扩散半径r、注浆孔的排距p≤浆液的扩散半径r；

步骤二、然后分别在巷道两帮或巷道顶底按照梅花形布孔方式在确定的注浆孔位置实施多个钻孔，钻孔的深度h≥深表比为0.2的围岩深度s；

步骤三、在施工好的多个注浆孔内分别安装注浆锚杆，然后用快硬水泥或封孔器封孔，封孔的深度h₁≥300mm；

步骤四、选用流量≥52L加in的电动注浆泵，通过连接电动注浆泵的大直径注浆管、经多级注浆控制器将配制好的浆液同时经由连接在其上的多条注浆管路、和分别与多条注浆管路相连的各注浆锚杆注入钻孔内，实施多孔并联注浆；

步骤五、在实施注浆的过程中，通过观测多级注浆控制器上的各注浆流量表与压力表的数据，分别观测各注浆管路注入浆液的流量与压力，当其中一孔浆液不再流动时，且压力表显示的注浆压力达到2MPa以上时，关闭该管路的控制阀，将该注浆管路取下连接到下一个注浆锚杆实施下一注浆孔的注浆，依次循环，分别切换各注浆管路，实现连续同时对多个注浆孔的注浆，直至该区域所有注浆孔都注完为止。

所述的浆液扩散半径r通过试验初期现场测试确定，约为0.6～2.0m；所述的深表比为0.2的围岩深度s约为2～5m。

本发明用于巷道软弱围岩加固的多孔并联注浆方法的装置，包括搅拌机、储液搅拌机、注浆泵、注浆管路，所述注浆泵的流量≥52L/min，注浆泵经大直径的注浆管连接有控制多条注浆管路的多级注浆控制器，多级注浆控制器由分流器、分别依次设在多条注浆管路上的控制阀、压力表、流量表组成。

所述的多条注浆管路为3～9个；所述的大直径的注浆管的内径约为50mm。

有益效果：本发明针对层状岩体内开挖巷道围岩受剪切破坏通常出现X型共轭裂隙，帮顶不同区域新生裂隙和岩层层理贯通后形成的主导渗流通道不同的特征，设计能够覆盖主导裂隙的梅花形注浆孔布置方式，使浆液扩散半径相互重叠，充分加固破碎围岩，改变了以往浆液只能向优势方向扩散的情况；二是采用大流量电动注浆泵，替代原小流量风动注浆泵，注浆流量为原有工艺的4～5倍以上；三是采用多级注浆控制器，通过分流器同时对3～9条注浆管实施连续注浆，实现了一泵多孔大流量同时注浆；四是在每条注浆管路上都装有压力表、流量表和控制阀，对各条注浆管路分别进行控制，分别对不同时间内完成注浆的各注浆管路进行下一循环的注浆，大大提高了注浆的速度和效果。本发明一泵多孔同时注浆及连续作业，将注浆速度提高3～9倍以上，并对各个注浆管路实现即时控制，改进注浆孔的布置方式，提高注浆质量，保证巷道注浆支护效果。全断面掘进月进度80m，比原U型钢全封闭支护月进度提高20m，支护效果良好，巷道基本无变形。

附图说明

图1是本发明的梅花形注浆孔布置示意图。

图2是本发明的注浆系统示意图。

图3是本发明的多级注浆控制器结构示意图。

图中：1-注浆孔，2-浆液扩散重叠部分，3-浆液扩散区域，c-注浆孔间距，p-注浆孔排距，r-浆液扩散半径，4-搅拌机，5-储液搅拌机，6-注浆泵，7-大直径注浆管，8-多级注浆控制器，9-注浆管路，10-注浆锚杆，8-1-分流器，8-2-控制阀，8-3-压力表，8-4-流量表。

具体实施方式

本发明的多孔并联注浆方法：首先对施工巷道的围岩破坏及裂隙发育情况进行观测和现场调研，选择破坏程度相近的区域布置泵站；根据巷道围岩破坏及裂隙发育情况确定巷道两帮或巷道顶底注浆孔的位置，注浆孔的位置确定满足注浆孔的间距c≤浆液的扩散半径r、注浆孔的排距p≤浆液的扩散半径r，浆液扩散半径r通过试验初期现场测试确定，约为0.6～2.0m。按照梅花形布孔方式布置注浆孔1，注浆孔间距、排距应小于浆液扩散半径r，使浆液扩散区域3有重叠部分2，如图1所示。然后分别在巷道两帮或巷道顶底按照梅花形布孔方式在确定的注浆孔位置实施多个钻孔，钻孔的深度h≥深表比为0.2的围岩深度s；深表比为0.2的围岩深度s是指巷道内部围岩位移量衰减为巷道表面位移量20％的围岩深度，该深度值在试验初期通过多点位移计测量确定，同时可参考钻孔窥视结果，一般为2～5m。在施工好的多个注浆孔内分别安装注浆锚杆10，然后用快硬水泥或封孔器封孔，封孔的深度h₁≥300mm；之后，选用流量≥52L/min的电动注浆泵6，通过连接电动注浆泵6的大直径注浆管7、经多级注浆控制器8将配制好的浆液同时经由连接在其上的多根注浆管路9、和分别与多根注浆管路9相连的各注浆锚杆10注入钻孔内，实施多孔并联注浆；在实施注浆的过程中，通过观测多级注浆控制器8上的注浆流量表8-4与压力表8-3的数据，分别撑握各注浆管路9注入浆液的流量与压力，当其中一孔浆液不再流动时，且压力表8-3显示的注浆压力达到2MPa以上时，关闭该管路的控制阀8-2，将该注浆管路9取下连接到下一个注浆锚杆上，实施下一个注浆孔的注浆，依次循环，分别切换各注浆管路9，实现多孔并联注浆。

具体实施步骤如下：

1、测试围岩破坏及裂隙发育情况。在巷道两帮及顶底分别施工深度5～10m、直径45mm左右的钻孔，将矿用钻孔窥视仪的窥视镜头深入钻孔进行观测，探明裂隙发育程度及深度；

2、根据巷道围岩破坏及裂隙发育情况，确定注浆孔1的间距c、注浆孔1的排距p和深度h。

注浆孔间排距用下式确定：

c≤r，p≤r

其中，c为注浆孔间距；

p为注浆孔的排距；

r为浆液扩散半径，具体数值通过试验初期现场测试确定，一般为0.6～2.0m。

注浆孔深度用下式确定：

h≥s

其中，h为注浆孔深度；

s为深表比为0.2的围岩深度，该深度值在试验初期通过多点位移计测量确定，同时可参考钻孔窥视结果，s一般为2～5m；深表比是指巷道某一深度的围岩的径向位移量与巷道周边径向位移量的比值；

3、布置注浆站。为保证快速连续作业，需使用一台注浆泵和两台搅拌机(一台搅拌机4，一台储液搅拌机5)；注浆泵6的型号为ZBSB-52-8/10-15，最大排量52L/min，额定压力10MPa；搅拌机4与储液搅拌机5的型号JB-1000；搅拌机4、储液搅拌机5及注浆泵6布置在巷道同侧，距离在5m以内，注浆泵6距离注浆孔1距离控制在30m以内；

4、按照梅花形布孔方式布置多个注浆孔1，注浆孔按组次划分，每组注浆孔应位于围岩裂隙发育程度类似的巷道的相同位置(即底板、帮部或顶板选其一，不可混注)，注浆时同组注浆孔可同时注浆或依次迈步式注浆；

5、在确定的注浆孔位置施工注浆孔1，安装多个注浆锚杆10，使用快硬水泥或封孔器封孔，封孔深度h₁≥300mm；

6、通过多个注浆管路9连接各注浆锚杆10，注浆管路9经由多级注浆控制器8、大直径注浆管7与注浆泵6相连；调整注浆泵6的终压为3MPa，开启注浆泵6进行注浆，一次注浆可同时注3～9个钻孔；注浆过程中，通过多级注浆控制器8上的压力表8-3和流量表8-4掌握各个注浆管路9的流量与压力，当其中一孔浆液不再流动、且压力表8-3显示的注浆压力达到2MPa以上时，关闭该孔控制阀8-2，将此注浆管路9连接到下一个新的注浆锚杆上，继续注浆，依此类推，在不停泵和搅拌机的状态下，将注浆管路9不断迈步式前移，实现连续同时对多个注浆孔的注浆，直至该区域所有注浆孔都注完为止。

本发明用于上述方法的多孔并联注浆装置，主要由搅拌机4、储液搅拌机5、注浆泵6、大直径的注浆管7、多级注浆控制器8和多条注浆管路9构成，其中搅拌机4与储液搅拌机5相连，注浆泵6与储液搅拌机5相连；采用注浆泵6的流量≥52L/min为大流量注浆泵；多条注浆管路9为3～9个；大直径的注浆管7的内径约为50mm。大流量的注浆泵6经大直径的注浆管7连接有控制多条注浆管路9的多级注浆控制器8，多级注浆控制器8由分流器8-1、分别依次设在多条注浆管路9上的控制阀8-2、压力表8-3、流量表8-4组成。大直径注浆管路7经过多级注浆控制器8分为多条注浆管路9提供浆液，多级注浆控制器8可分别对各条注浆管路9进行实时监测和控制，通过多条注浆管路9分别连接多个按间排距梅花形布孔设置的注浆锚杆10，同时对多个注浆孔实施注浆。

Claims (5)

1.一种用于巷道软弱围岩加固的多孔并联注浆方法，其特征是：

步骤一、首先根据巷道围岩破坏及裂隙发育情况确定巷道两帮或巷道顶底注浆孔的位置，注浆孔的位置确定满足注浆孔的间距c≤浆液的扩散半径r，注浆孔的排距p≤浆液的扩散半径r；

步骤二、然后分别在巷道两帮或巷道顶底按照梅花形布孔方式在确定的注浆孔位置实施多个钻孔，钻孔的深度h≥深表比为0.2的围岩深度s，所述的围岩深度s为2～5m；

步骤三、在施工好的多个注浆孔内分别安装注浆锚杆(10)，然后用快硬水泥或封孔器封孔，封孔的深度h₁≥300mm；

步骤四、选用流量≥52L/min的电动注浆泵(6)，通过连接电动注浆泵(6)的大直径注浆管(7)、经多级注浆控制器(8)将配制好的浆液同时经由连接在其上的多条注浆管路(9)、和分别与多条注浆管路(9)相连的各注浆锚杆(10)注入钻孔内，实施多孔并联注浆；

步骤五、在实施注浆的过程中，通过观测多级注浆控制器(8)上的各注浆流量表(8-4)与压力表(8-3)的数据，分别观测各注浆管路(9)注入浆液的流量与压力，当其中一孔浆液不再流动时，且压力表(8-3)显示的注浆压力达到2MPa以上时，关闭该管路的控制阀(8-2)，将该注浆管路(9)取下连接到下一个注浆锚杆(10)实施下一注浆孔的注浆，依次循环，分别切换各注浆管路(9)，实现连续同时对多个注浆孔的注浆，直至该区域所有注浆孔都注完为止。

2.根据权利要求1所述的用于巷道软弱围岩加固的多孔并联注浆方法，其特征是：所述的浆液扩散半径r通过试验初期现场测试确定，为0.6～2.0m。

3.一种如权利要求1所述的用于巷道软弱围岩加固的多孔并联注浆方法的装置，包括搅拌机(4)、储液搅拌机(5)、注浆泵(6)、注浆管路(9)，其特征是：所述注浆泵(6)的流量≥52L/min，注浆泵(6)经注浆管(7)连接有控制多条注浆管路(9)的多级注浆控制器(8)，多级注浆控制器(8)由分流器(8-1)、分别依次设在多条注浆管路(9)上的控制阀(8-2)、压力表(8-3)、流量表(8-4)组成。

4.根据权利要求3所述的用于巷道软弱围岩加固的多孔并联注浆方法的装置，其特征是：所述的多条注浆管路(9)为3～9个。

5.根据权利要求3所述的用于巷道软弱围岩加固的多孔并联注浆方法的装置，其特征是：所述的大直径的注浆管(7)的内径为50mm。

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