巷道围岩注浆加固技术课件

巷道围岩注浆加固技术巷道围岩注浆加固技术单位：准备队单位：准备队主讲：韩继峰主讲：韩继峰巷道围岩注浆加固技术单位：准备队1内蒙古平庄能源股份有限公司六家煤矿内蒙古平庄能源股份有限公司六家煤矿INNERMONGOLIA PINZHUANG ENERGY CO,LIUJIA COALINNERMONGOLIA PINZHUANG ENERGY CO,LIUJIA COAL目录前言1注浆工艺3注浆的成效42注浆技术简介目录 前 言1 注浆工艺3 注浆的成效42第一部分第一部分前 言第一部分前 言3内蒙古平庄能源股份有限公司六家煤矿内蒙古平庄能源股份有限公司六家煤矿INNERMONGOLIA PINZHUANG ENERGY CO,LIUJIA COALINNERMONGOLIA PINZHUANG ENERGY CO,LIUJIA COAL前言作为一种科学、有效的支护手段，注浆加固技术在煤矿松软破碎巷道围岩支护中的应用越来越广泛。近年来，随着矿井开采深度不断增加，地压、软岩等问题导致巷道围岩松动破碎，极易发生巷道冒顶和片帮事故，存在严重的安全隐患，影响煤矿的正常生产。注浆加固技术是处理煤矿松软破碎巷道支护难题的一种有效手段，它是借助浆液在裂隙内的固化反应最终达到提高围岩整体稳定性的目的。分析巷道围岩注浆加固作用机理及加固效果的影响因素，掌握注浆参数选择的原则和方法，对合理利用注浆加固技术十分必要。前 言作为一种科学、有效的支护手段，注浆加固技术在煤矿松第二部分第二部分注浆技术简介第二部分注浆技术简介5内蒙古平庄能源股份有限公司六家煤矿内蒙古平庄能源股份有限公司六家煤矿INNERMONGOLIA PINZHUANG ENERGY CO,LIUJIA COALINNERMONGOLIA PINZHUANG ENERGY CO,LIUJIA COAL注浆技术简介注浆技术是将一种或几种材料配制成浆液，用压送设备将其压入松软地层、裂隙性含水层或破碎地层中凝固胶结，起堵水或加固作用的技术。注浆技术简介注浆技术定义 注浆技术是将一种或几种内蒙古平庄能源股份有限公司六家煤矿内蒙古平庄能源股份有限公司六家煤矿INNERMONGOLIA PINZHUANG ENERGY CO,LIUJIA COALINNERMONGOLIA PINZHUANG ENERGY CO,LIUJIA COAL注浆技术自1802年法国首次应用至今已有200多年历史，主要应用于矿山、建筑、水电、水力和交通运输工程等，包括堵水、截流、帷幕和岩土加固等诸多技术，很好地解决了各类工程中出现的水患、松软岩石及基础工程加固等难题，对保障安全施工，加快工程进度，降低工程造价等起到了重要作用。0102注浆技术简介我国煤炭行业在上世纪50年代开始应用注浆技术，主要应用于复杂水文地质条件下井筒、巷道、水仓、变电所、水泵房等地下工程的注浆堵水和加固；20世纪90年代，我国已开发出将采煤工作面下伏含水层改造为隔水层的工艺系统和方法，把注浆技术广泛用于煤矿治理水害和充填加固岩层；采用注浆技术加固顶板，避免了许多因松散顶板冒落或破碎顶板漏顶造成的顶板事故，取得了可喜的技术和经济效果。注浆的发展史注浆技术自1802年法国首次应用至今已有200多年历史，主要内蒙古平庄能源股份有限公司六家煤矿内蒙古平庄能源股份有限公司六家煤矿INNERMONGOLIA PINZHUANG ENERGY CO,LIUJIA COALINNERMONGOLIA PINZHUANG ENERGY CO,LIUJIA COAL注浆技术简介4、按浆液注入工艺分为单液注浆和双液注浆。5、按注浆目的把注浆工艺分为堵水注浆和加固注浆。2、按注浆采用的材料分为水泥浆液注浆、黏土浆液注浆和化学浆液注浆。1、按照含水层或破碎带揭露前后分为预注浆和后注浆。3、按注浆工程地质条件分为充填注浆、裂隙注浆、渗透注浆、挤压注浆、置换注浆和高压喷射注浆等。注浆法分类注浆技术简介4、按浆液注入工艺分为单液注浆和双液注浆。5、按内蒙古平庄能源股份有限公司六家煤矿内蒙古平庄能源股份有限公司六家煤矿INNERMONGOLIA PINZHUANG ENERGY CO,LIUJIA COALINNERMONGOLIA PINZHUANG ENERGY CO,LIUJIA COAL注浆加固作用机理注浆技术简介形成网络骨架的作用浆液在压力作用下在围岩中不规则浆液在压力作用下在围岩中不规则的裂隙内渗透扩散，最终形成错综复杂的裂隙内渗透扩散，最终形成错综复杂的浆液通道，浆液凝固后的通道即变成的浆液通道，浆液凝固后的通道即变成网络结构。从而保护围岩不受到进一步网络结构。从而保护围岩不受到进一步的破坏，在围岩中充当的破坏，在围岩中充当“骨架骨架”的作用。的作用。改善围岩力学性质的作用围岩的内聚力与内摩擦角围岩的内聚力与内摩擦角这这 22个参个参数共同决定了围岩的强度。巷道开挖破数共同决定了围岩的强度。巷道开挖破坏了围岩原来的应力平衡，导致切向应坏了围岩原来的应力平衡，导致切向应力增大，当增大到某一值时，围岩就会力增大，当增大到某一值时，围岩就会出现裂纹，进而发生破坏出现裂纹，进而发生破坏，围岩的内聚围岩的内聚力与力与内摩擦角内摩擦角均均减小，围岩的强度也随减小，围岩的强度也随之减小。注浆加固的根本目的是提高巷之减小。注浆加固的根本目的是提高巷道围岩道围岩的的内聚力与内聚力与内摩擦角内摩擦角，从而提高从而提高围岩整体强度围岩整体强度。注浆加固作用注浆技术简介1形成网络骨架的作用 内蒙古平庄能源股份有限公司六家煤矿内蒙古平庄能源股份有限公司六家煤矿INNERMONGOLIA PINZHUANG ENERGY CO,LIUJIA COALINNERMONGOLIA PINZHUANG ENERGY CO,LIUJIA COAL注浆加固作用机理注浆技术简介充填压密裂隙的作用注浆加固时，浆液充填大裂隙，同注浆加固时，浆液充填大裂隙，同时，在压力作用下使一些小裂隙及封闭时，在压力作用下使一些小裂隙及封闭裂隙压密而闭合。注浆加固转变了较大裂隙压密而闭合。注浆加固转变了较大裂隙附近围岩的受力状态，使其由二向裂隙附近围岩的受力状态，使其由二向变为三向应力状态，注浆加固提高了巷变为三向应力状态，注浆加固提高了巷道围岩强度。道围岩强度。封闭水源和空气的作用巷道围岩遇水会发生软化、溶蚀现巷道围岩遇水会发生软化、溶蚀现象，导致强度降低并发生变形，注浆加象，导致强度降低并发生变形，注浆加固能有效封堵水流通道，形成隔绝层，固能有效封堵水流通道，形成隔绝层，防止水及空气浸入深部围岩，长久有效防止水及空气浸入深部围岩，长久有效地保持围岩的力学性质。地保持围岩的力学性质。注浆加固作用注浆技术简介3充填压密裂隙的作用注浆加固时，浆液内蒙古平庄能源股份有限公司六家煤矿内蒙古平庄能源股份有限公司六家煤矿INNERMONGOLIA PINZHUANG ENERGY CO,LIUJIA COALINNERMONGOLIA PINZHUANG ENERGY CO,LIUJIA COAL注浆加固作用机理注浆技术简介离子交换等物理化学作用浆液注入裂隙后，通过一系列的物浆液注入裂隙后，通过一系列的物理化学反应生成一些强度和刚度较高的理化学反应生成一些强度和刚度较高的固结体，形成固结体，形成“岩桥作用岩桥作用”和和“岩楔作岩楔作用用”，具体表现为裂隙面间的黏结作用，具体表现为裂隙面间的黏结作用和楔阻作用，提高了裂隙的剪切强度和和楔阻作用，提高了裂隙的剪切强度和刚度。刚度。浆液浆液注入裂隙后，提高了裂隙的注入裂隙后，提高了裂隙的剪切强度和刚度。浆液在围岩的反应过剪切强度和刚度。浆液在围岩的反应过程中会生成正负离子，表现出离子交换程中会生成正负离子，表现出离子交换及吸附作用，使围岩和固结体紧紧胶结及吸附作用，使围岩和固结体紧紧胶结在一起，从而提高了围岩的整体强度和在一起，从而提高了围岩的整体强度和稳定性。稳定性。注浆加固作用注浆技术简介5离子交换等物理化学作用浆液注入裂隙内蒙古平庄能源股份有限公司六家煤矿内蒙古平庄能源股份有限公司六家煤矿INNERMONGOLIA PINZHUANG ENERGY CO,LIUJIA COALINNERMONGOLIA PINZHUANG ENERGY CO,LIUJIA COAL影响巷道注浆加固效果的因素0101注浆材料性质02围岩性质03注浆工艺的选择注浆技术简介影响巷道01注浆材料性质02围岩性质03注浆工艺的选择注浆技内蒙古平庄能源股份有限公司六家煤矿内蒙古平庄能源股份有限公司六家煤矿INNERMONGOLIA PINZHUANG ENERGY CO,LIUJIA COALINNERMONGOLIA PINZHUANG ENERGY CO,LIUJIA COAL注浆材料性质注浆技术简介注浆材料影响巷道注浆加固效果的主要因素有材料的颗粒细度、浆液黏度、浆液稳定性、固结体耐久性等。注浆材料的合理选择是保证注浆效果的一个重要因素。材料颗粒细度的大小决定了浆液渗透能力的大小，根据浆液颗粒群堵塞作用原理，为了减少发生堵塞作用，必须要求颗粒直径在围岩的有效裂隙或孔隙尺寸的1/3以下。根据渗透注浆理论中的球形扩散理论和柱形扩散理论，浆液的黏度与浆液的扩散半径成反比关系。浆液黏度不但影响到浆液扩散半径，还影响到注浆压力、注浆流量等注浆参数。浆液稳定性越好，则对注浆效果的影响越小。对于水泥类颗粒型注浆材料，根据斯托克斯定律，水灰比是影响浆液稳定性的主要因素注浆材料影响巷道注浆加固效果的主要因素有材料的颗粒细度、浆液黏度、浆液稳定性、固结体耐久性等。固结体耐久性是指浆液注入围岩中的强度和抗渗性时效的持久性问题。影响耐久性的因素主要有凝胶体的结构、地层条件、施工条件等。注浆材料性质注浆技术简介 注浆材料影响巷道注浆加固内蒙古平庄能源股份有限公司六家煤矿内蒙古平庄能源股份有限公司六家煤矿INNERMONGOLIA PINZHUANG ENERGY CO,LIUJIA COALINNERMONGOLIA PINZHUANG ENERGY CO,LIUJIA COAL围岩的性质是影响注浆效果所不能忽视的重要因素。要起到加固围岩的作用，无论是化学胶结作用、惰性充填作用，还是离子交换作用，均离不开围岩这个加固对象。围岩性质主要表现在围岩的裂隙情况，影响因素有结构面开度、结构面曲伏率、结构面接触面积等。结构面开度对浆液扩散半径有直接影响。在确定的注浆压力下，结构面开度小的围岩内浆液扩散半径小，注浆时要调整合适浓度的浆液配比。结构面起伏形态一般呈一定的曲伏状，曲伏率大小不同，则浆液流程动力损失程度不同。结构面接触面积包括两壁间的直接接触面积和间接接触面积，一般情况下，结构面并非完全张开，分布极其复杂。结构面接触面积对注浆渗透性有着显著的影响注浆技术简介围岩性质 围岩的性质是影响注浆效果所不能忽视的重要因素。内蒙古平庄能源股份有限公司六家煤矿内蒙古平庄能源股份有限公司六家煤矿INNERMONGOLIA PINZHUANG ENERGY CO,LIUJIA COALINNERMONGOLIA PINZHUANG ENERGY CO,LIUJIA COAL注浆工艺的选择根据注浆加固工艺方法的定义，按照浆液分布形态分类，可以分为充填注浆、渗透注浆、劈裂注浆等几种注浆方式。不同的注浆施工工艺需要的注浆设备、注浆材料、注浆压力不同，施工工艺选择不合适，则不能充分发挥注浆材料的优势，还会造成施工困难，影响注浆效果。要根据围岩的性质及注浆材料性质综合考虑，选择合适的注浆施工工艺。注浆施工工艺中注浆压力的选择尤其重要，当裂隙张开度小时，围岩的渗透性能是比较低的，只有利用较高的注浆压力才能保证一定的注浆效果，但是注浆压力过大，会导致围岩破裂面进一步发展，破坏围岩自身强度和承载能力。所以，选择合适的注浆工艺对保证注浆效果具有重要意义。注浆技术简介注浆工艺的选择 根据注浆加固工艺方法的定义，按照浆内蒙古平庄能源股份有限公司六家煤矿内蒙古平庄能源股份有限公司六家煤矿INNERMONGOLIA PINZHUANG ENERGY CO,LIUJIA COALINNERMONGOLIA PINZHUANG ENERGY CO,LIUJIA COAL注浆技术简介注浆加固参数的选择注浆加固参数的选择确定出围岩松动圈的确定出围岩松动圈的范围，根据围岩松动圈的范围，根据围岩松动圈的范围，设计注浆孔深度，范围，设计注浆孔深度，注浆孔深度要大于等于围注浆孔深度要大于等于围岩松动圈的范围。岩松动圈的范围。注浆孔深度 注浆压力注浆孔间排距注浆压力的影响因素有围注浆压力的影响因素有围岩性质、浆液的流动力学性质岩性质、浆液的流动力学性质和注浆方式等。根据注浆经验和注浆方式等。根据注浆经验和研究，巷道围岩注浆压力和研究，巷道围岩注浆压力3-3-5MPa5MPa，要根据现场情况调整，要根据现场情况调整确定，当围岩强度较低时，以确定，当围岩强度较低时，以注浆压力不超过围岩强度的注浆压力不超过围岩强度的11/3/3为宜。为宜。在我国煤矿巷道围在我国煤矿巷道围岩注浆中，扩散半径通常岩注浆中，扩散半径通常确定在确定在1-3m1-3m，不同的，不同的地质情况和注浆压力下，地质情况和注浆压力下，浆液的最大扩散半径不同。浆液的最大扩散半径不同。注浆孔的间排距设计要充注浆孔的间排距设计要充分发挥注浆孔的扩散潜能，分发挥注浆孔的扩散潜能，以获得最大的注浆体厚度，以获得最大的注浆体厚度，尽量减少钻孔数量的同时，尽量减少钻孔数量的同时，避免出现避免出现“注浆盲区注浆盲区”，根据浆液球形扩散理论可根据浆液球形扩散理论可以得出以得出注浆孔的排距为扩散半径的1.51.5倍，间距为倍，间距为扩散半径的扩散半径的1.731.73倍为宜。倍为宜。浆液扩散半径注浆技术简介注浆加固参数的选择 确定出围岩松动第三部分第三部分注浆工艺第三部分注浆工艺17内蒙古平庄能源股份有限公司六家煤矿内蒙古平庄能源股份有限公司六家煤矿INNERMONGOLIA PINZHUANG ENERGY CO,LIUJIA COALINNERMONGOLIA PINZHUANG ENERGY CO,LIUJIA COAL注浆工艺注浆设备YSB-6/70液压双液注浆泵水泥浆配比桶水玻璃配比桶注浆工艺注浆设备YSB-6/70液压双液注浆泵水泥浆配比桶水内蒙古平庄能源股份有限公司六家煤矿内蒙古平庄能源股份有限公司六家煤矿INNERMONGOLIA PINZHUANG ENERGY CO,LIUJIA COALINNERMONGOLIA PINZHUANG ENERGY CO,LIUJIA COAL注浆工艺注浆工机具及材料注浆管棉纱线线麻水玻璃钻机、锚杆注浆工艺注浆工机具及材料注浆管棉纱线线麻水玻璃钻机、锚杆内蒙古平庄能源股份有限公司六家煤矿内蒙古平庄能源股份有限公司六家煤矿INNERMONGOLIA PINZHUANG ENERGY CO,LIUJIA COALINNERMONGOLIA PINZHUANG ENERGY CO,LIUJIA COAL注浆工艺设备材料下井施工现场准备注浆设备、系统准备打眼机具检查运转注浆设备、系统检查运转打眼并安装孔口管系统转接调试注浆系统与孔口管连接注浆换孔注浆清洗注浆系统设备归整、清理现场工艺流程注浆工艺设备材料下井施工现场准备注浆设备、系统准备打眼机具检内蒙古平庄能源股份有限公司六家煤矿内蒙古平庄能源股份有限公司六家煤矿INNERMONGOLIA PINZHUANG ENERGY CO,LIUJIA COALINNERMONGOLIA PINZHUANG ENERGY CO,LIUJIA COAL注浆工艺1.5m2.5m3m2m100mm注浆孔布置：1、孔深3m，排距2.5m，间距以顶板中心向两帮均匀布置，孔距1.5m，注浆管为铁质1/2寸焊管，长2.0米。2、注浆孔外露长度不大于100mm，封堵后的棉丝不得露于注浆管外。注浆工艺1.5m2.5m3m2m100mm注浆孔布置：内蒙古平庄能源股份有限公司六家煤矿内蒙古平庄能源股份有限公司六家煤矿INNERMONGOLIA PINZHUANG ENERGY CO,LIUJIA COALINNERMONGOLIA PINZHUANG ENERGY CO,LIUJIA COAL注浆工艺风动泵水仓注浆工艺风动泵水 仓内蒙古平庄能源股份有限公司六家煤矿内蒙古平庄能源股份有限公司六家煤矿INNERMONGOLIA PINZHUANG ENERGY CO,LIUJIA COALINNERMONGOLIA PINZHUANG ENERGY CO,LIUJIA COAL注浆工艺裸露底板，封闭帮、顶注 浆 压 力 不 小 于450KN(压 强 不 小 于3MPa)。封闭底板注浆起压即停止注浆。注浆工艺裸露底板，封闭帮、顶注浆压力不小于450KN(压强不内蒙古平庄能源股份有限公司六家煤矿内蒙古平庄能源股份有限公司六家煤矿INNERMONGOLIA PINZHUANG ENERGY CO,LIUJIA COALINNERMONGOLIA PINZHUANG ENERGY CO,LIUJIA COAL注浆工艺水泥为425#普通硅酸盐水泥，水灰比为0.650.8，水玻璃浓度由40Be稀释成20Be，水玻璃用量一般为水泥用量的3%-10%。水泥浆水玻璃注浆工艺 水泥为425#普通硅酸盐水泥，水灰比为0第四部分第四部分注浆的成效第四部分注浆的成效25内蒙古平庄能源股份有限公司六家煤矿内蒙古平庄能源股份有限公司六家煤矿INNERMONGOLIA PINZHUANG ENERGY CO,LIUJIA COALINNERMONGOLIA PINZHUANG ENERGY CO,LIUJIA COAL成效成效注浆的成效通过管道压入井下岩层空隙、裂隙或巷道中，使其扩散、凝固和硬化，从而岩层具有较高的强度、密实性和不透水性，达到封堵截断补给水源和加固地层的作用，是矿井防治水害的重要手段之一。减少矿井涌水量封堵煤岩层的裂隙，防止围岩变形、底鼓，延长巷道使用年限。防止突水成效注浆的成效 通过管道压入井下岩层空隙、裂隙或谢谢 谢 谢 27