注浆水泥代用材料在丁集矿井巷道充填加固中研究与应用_李敏锋

科技信息○矿业论坛○SCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION2009年第7期

注浆水泥代用材料在丁集矿井巷道充填加固中研究与应用

李敏锋

(淮沪煤电公司丁集煤矿安徽

淮南

232141)

【摘要】丁集煤矿煤层埋藏深，巷道地压大，显现快。为提高巷道的抗压性，巷道进行注水泥浆作为充填和加固材料，效果显著，但成本大。为降低成本，合理选用材料，使用多种材料进行试验。试验证明，黄石粉与水泥配比代替纯水泥作为注浆加固、充填材料，效果显著，工程费用降低。

【关键词】注浆；加固；水泥；黄石粉

【Abstract】DingJicoalminesburieddeeptunnelpressure,quicklyemerged.Toenhancetheresistanceoftheroadwayandtunneltocarryout

waterandmudfilledasareinforcementmaterial,theresultsareobvious,butthebigcost.Inordertoreducecostsandareasonableselectionofmaterial,theuseofavarietyofmaterialstotest.TheresultsshowedthatYellowstoneandcementpowderinplaceoftheratioofpurecementgroutingasareinforcement,fillingmaterials,asignificanteffect,lowerthecostoftheproject.

【Keywords】Grouting；Reinforcement；Cement；Yellowstonepowder

0.概况

淮沪煤电公司丁集煤矿设计年产量500万吨，属于特大型矿井。丁集煤矿井巷埋藏深、地应力大、围岩稳定性差，巷道支护困难等。为了提高锚网喷支护巷道、U型钢棚支护巷道的支护效果，需要对U型钢棚壁后和围岩进行充填和注浆。在注浆初期使用，普遍使用纯水泥做为壁厚注浆充填材料，使得工程造价比较高。为了经济、合理地选择代用材料和充填材料，降低生产成本，我们在注浆过程中针对不同的支护形式，分别采用粉煤灰、黄石粉、碳酸钙、黄沙等材料分别进行现场试验。试验结果表明：使用黄石粉作为巷道壁后充填材料，可满足其力学性能要求，具有良好的社会经济效益。

1.锚网喷巷道围岩注浆材料

巷道上覆岩体重量引起的自重应力大部分是由巷道围岩承受的，支护结构只承受很小的一部分。因此，应重视改善围岩的力学性质，提高围岩的自稳能力。改善围岩力学性质的主要措施是提高岩体的力学指标，包括提高岩体抗拉、抗压强度和弹性模量，提高岩体的粘结力和内摩擦角等。围岩注浆加固是提高围岩自承载能力较为有效的途径之一。针对围岩加固进行了以下几种注浆材料的配合比试验，试验结果如下：

丁集矿围岩注浆材料试验配合比为：

第一组水泥：粉煤灰：石粉：水=100：0：0：80水胶比为0.8第二组水泥：粉煤灰：石粉：水=60：40：0：80水胶比为0.8第三组水泥：粉煤灰：石粉：水=60：0：40：80水胶比为0.8

表1丁集矿围岩注浆材料基本性能

组数

密度（g/cm3）

结石率（％）

初凝（h：min）

终凝（h：min）

抗压强度（MPa）

壁后充填体使来自围岩的外载均匀地传递给支架，从而使支架沿周边承受均匀荷载，有利于发挥支架的支撑力。此外，在一定的条件下，降低充填体的刚度对减小围岩压力是十分有利的。

2.2壁后充填材料由于壁后充填对充填材料的强度要求不高，一般为0.8MPa～5.2MPa即可，此次用32.5普通硅酸盐水泥分别和石粉、黄石粉、粉煤灰为胶结料，并掺入砂子，按一定比例加入水后配合而成。配合比及其试验结果如下表3、4所示。

丁集矿壁后充填材料试验配合比如下：

第一组水泥：砂子：水=70：30：20水胶比为0.40

第二组水泥：石粉：砂子：水=30：40：30：28水胶比为0.40第三组水泥：石粉：砂子：水=30：35：35：26水胶比为0.40第四组水泥：黄石粉：砂子：水=30：40：30：26水胶比为0.37第五组水泥：黄石粉：砂子：水=30：35：35：25水胶比为0.38第六组水泥：黄土：砂子：水=30：40：30：27水胶比为0.39第七组水泥：粉煤灰：砂子：水=30：40：30：27水胶比为0.385

表2丁集矿壁后充填材料基本性能

组数密度（g/cm3）结石率（％）初凝（h：min）

终凝（h：min）

抗压强度（MPa）

1＃2＃3＃4＃5＃6＃7＃

1.841.781.761.701.691.701.73

97969595949394

6：156：356：407：407：257：157：00

10：1010：4510：4011：3511：4011：2011：05

5.75.45.22.42.72.24.5

1＃2＃3＃

1.541.551.53

929089

10：1514：5012：30

21：3026：3524：45

2.72.02.3

注浆孔深为2000mm，排距2000mm；注浆管采用φ22mm无缝钢管，采用梅花形插花布设。注浆采用P.O32.5普通硅酸盐水泥单液浆，水灰比1：0.8～1：1，注浆压力控制在2～3MPa。

2.U型棚巷道壁后充填和围岩注浆

造成U型钢支架支撑能力不能充分发挥的

主要原因是支架没有实施壁后充填。目前采用的巷道掘进和支护工艺，都不可避免地在支架背后存在壁后空间，该空间不能及时有效地充填，一方面使支架周边与围岩呈不规则的点、线接触,当围岩变形时支架受到不均匀集中载荷和偏心载荷作用，恶化结构受力条件，不能充分发挥支架性能；另一方面，现阶段所采用的各种巷道支架均为被动承载结构，所以架后临空围岩得不到支架的支撑，从而使围岩变形加剧，破碎范围扩大，支架变形严重。若能及时用力学性能良好的胶结材料充填架后空间，使围岩—充填体—支架三者形成共同力学承载体系，就能充分发挥支架、围岩本身的承载能力，大幅度地提高支架的工作阻力。研究表明，实施壁后充填后，巷道围岩移近量可减少80％以上。

2.1壁后充填作用

（1）从抗压后的注浆材料试块能够看出:掺加黄石粉的砂浆固结性能较差，破坏后的砂浆块容易粉碎，水泥和黄石粉不能很好的胶结为一体；同时，黄石粉是电厂脱硫后的产物，主要成分为硫酸钙，遇水后的硫酸钙溶液与水泥中的水化铝酸钙反应生成硫铝酸钙，造成了对混凝土砂浆（充填材料）的侵蚀，容易导致混凝土砂浆的膨胀、开裂、剥落等损坏，进而使砂浆充填层失去完整性和稳定性。

黄石粉的硫酸钙与水化铝酸钙的反应表示如下：

···4CaOAl2O319H2O+3(CaSO42H2O)+16H2O

··Al2O33CaSO431H2O+Ca(OH)23CaO·

→

（2）掺加黄土的砂浆在搅拌过程中黄土不容易充分溶解，配制浆

液困难。

（3）充填方案注浆管采用500mm长、φ22mm的无缝钢管，间排距为2.0m，采用梅花形插花布设，注浆压力控制在2MPa左右。

（4）围岩注浆材料围岩注浆材料及其注浆方案同锚网喷巷道，见表1、2。

3．注浆效果

3．1围岩注浆材料采用纯水泥浆或单掺粉煤灰的（下转第330页）

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