松散破碎煤体顶板注浆加固装置及加固方法与流程

1.本发明涉及隧道施工技术领域，具体为松散破碎煤体顶板注浆加固装置及加固方法。


背景技术：

2.隧道是埋置于地层内的工程建筑物，是人类利用地下空间的一种形式，隧道可分为交通隧道、水工隧道、市政隧道、矿山隧道，隧道的结构包括主体建筑物和附属设备两部分；
3.40103运顺掘进工作面迎头位于祁家背斜轴部，掘进过程中连续揭露df4-6、df4-7断层，其中df4-6断层倾角31
°
，方位角126
°
，落差2.1m；df4-7断层倾角87
°
，方位角接近90
°
，与巷道延伸方向基本平行，断层落差2.1m，由于工作面过构造带期间煤体松散破碎，锚索无可靠着力点，锚固力达不到设计要求；同时顶板压力大，煤炮声多，顶板漏顶频繁。


技术实现要素：

4.(一)解决的技术问题
5.针对现有技术的不足，本发明提供了松散破碎煤体顶板注浆加固装置及加固方法，具备提高岩体强度，提高围岩的承载能力等优点，解决了由于工作面过构造带期间煤体松散破碎，锚索无可靠着力点，锚固力达不到设计要求，同时顶板压力大，煤炮声多，顶板漏顶频繁的问题。
6.(二)技术方案
7.为实现上述提高岩体强度，提高围岩的承载能力等目的，本发明提供如下技术方案：松散破碎煤体顶板注浆加固装置，包括隧道内行走的注浆钻孔锚杆机主体，注浆钻孔锚杆机主体的输出端活动安装有锚杆，锚杆的外表面通过轴承固定连接有外筒，外筒的表面开设有限位槽，限位槽的内部滑动连接有销钉，销钉的外表面转动连接有连接杆，连接杆的末端固定连接有液压缸，液压缸的外表面固定安装在注浆钻孔锚杆机主体的内部，注浆钻孔锚杆机主体的表面固定安装有角度刻度盘，角度刻度盘的支撑轴端固定连接在外筒的表面。
8.优选的，所述销钉两端的直径大于中间段直径。
9.优选的，所述外筒的外表面活动安装在注浆钻孔锚杆机主体的内部。
10.松散破碎煤体顶板注浆加固装置的加固方法，具体方法如下：
11.1)超前地质条件探查前，收集掘前钻场各个钻孔施工信息，通过对煤渣颗粒度、喷孔情况进行分析，同时定期对煤样进行化验，取得煤体吸附常数、水分、灰分、挥发分、放散初速度、密度、发热量数据，利用迎头防冲卸压孔及掘前抽采钻孔对地质条件进行探查，准确掌握煤层倾角、破碎程度信息，对地质构造进行预测预判；
12.2)超前煤体注浆加固顶板，在对迎头顶板煤体注浆加固，并根据井下现场具体情况对钻孔进行调整，
13.其中注浆分为高分子材料注浆和无机加固材料注浆；
14.3)施工超前锚杆，预防漏顶，平行巷道延伸方向，按大于巷道坡度5-10
°
的仰角施工超前锚杆，每掘进3排施工一茬超前锚杆；
15.4)注浆锚索支护，顶板采用锚杆索配合钢带支护。
16.(三)有益效果
17.与现有技术相比，本发明提供了松散破碎煤体顶板注浆加固装置及加固方法，具备以下有益效果：
18.1、该松散破碎煤体顶板注浆加固装置及加固方法，通过超前煤体注浆改善了围岩性质，通过裂隙充填与压密作用和网络骨架作用，提高围岩内聚力、弹性模量及内摩擦角，并将松散破碎煤体胶结成整体，从而有效提高岩体强度，提高围岩的承载能力，杜绝了随掘随冒的现象。
19.2、该松散破碎煤体顶板注浆加固装置及加固方法，通过注浆锚索实现锚索全长锚固，中空注浆锚索注浆后，部分浆液由于高压随裂隙渗流到普通锚杆、锚索周边，使原锚杆、索变成全长锚固，同时，自身也达到全长锚固，使锚索与围岩形成整体，提高锚杆、锚索锚固力，保证锚索的预应力，真正实现锚索对破碎岩层的主动支护，岩体压力荷载便通过锚索被传递到深部稳定的岩体，深部稳定的岩体层自稳潜能得到充分发挥，确保了顶板支护安全可靠。
20.3、该松散破碎煤体顶板注浆加固装置及加固方法，由于高分子注浆材料凝固速度快，用量少，安装后即可承载，提高了掘进速度，巷道过松散破碎带期间单进水平由60m/月增加至100m/月。
21.4、松散破碎煤体顶板注浆加固装置及加固方法，可广泛应用于掘进工作面过断层、褶皱、围岩破碎带、煤层松软带快速施工，通过提高围岩强度和锚索全长锚固，保障了支护结构的预应力及锚固力，防止漏顶、冒顶事故发生，确保顶板安全。
附图说明
22.图1为40103运顺断层构造平面图；
23.图2为本发明中注浆钻孔布置示意图；
24.图3为本发明中迎头煤岩探孔示意图；
25.图4为本发明中超前锚杆布置图；
26.图5为本发明中注浆钻孔锚杆机主体的结构示意图；
27.图6为图5中a处的放大图。
28.图中：3、注浆钻孔锚杆机主体；4、锚杆；5、外筒；6、限位槽；7、销钉；8、连接杆；9、液压缸。
具体实施方式
29.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.请参阅图5-6，散破碎煤体顶板注浆加固装置，包括隧道内行走的注浆钻孔锚杆机主体3，注浆钻孔锚杆机主体3的输出端活动安装有锚杆4，锚杆4的外表面通过轴承固定连接有外筒5，外筒5的外表面活动安装在注浆钻孔锚杆机主体3的内部，外筒5的表面开设有限位槽6，限位槽6的内部滑动连接有销钉7，销钉7两端的直径大于中间段直径，销钉7的外表面转动连接有连接杆8，连接杆8的末端固定连接有液压缸9，液压缸9的外表面固定安装在注浆钻孔锚杆机主体3的内部，注浆钻孔锚杆机主体3的表面固定安装有角度刻度盘10，角度刻度盘10的支撑轴端固定连接在外筒5的表面，通过设置外筒5和角度刻度盘10等，能够精准对锚杆4的角度进行调节，以便于精准钻孔注浆。
31.请参阅图1-4，松散破碎煤体顶板注浆加固装置的加固方法，具体方法如下：
32.1)超前地质条件探查前，收集掘前钻场各个钻孔施工资料，通过对煤渣颗粒度、喷孔情况进行分析，同时定期对煤样进行化验，取得煤体吸附常数、水分、灰分、挥发分、放散初速度、密度、发热量等数据；利用迎头防冲卸压孔及掘前抽采钻孔对地质条件进行探查，准确掌握煤层倾角、破碎程度等信息，对地质构造进行预测预判。
33.2)超前煤体注浆加固顶板，为提高围岩强度和整体性，需对迎头顶板煤体注浆加固，每掘进3m，注浆一次，如此循环作业。采用超前煤体注浆+超前锚杆+锚网索(注浆锚索)+架棚复合支护工艺进行支护，注浆采用浅孔高分子材料注浆配合深孔无机加固材料注浆。注浆钻孔使用mqt-120型锚索机进行施工，钻孔孔径为ф30mm，计划每个注浆循环施工7个注浆孔(3个高分子材料浅孔用于封堵浅部裂隙、4个无机加固材料深孔用于高压注浆)，注浆前迎头使用锚网进行临时支护，防止在注浆过程中出现片帮伤人，3个高分子浅孔分次施工，分次注浆；4个无机加固材料深孔一次施工钻孔按顺序注浆，技术人员可根据井下现场具体情况对钻孔进行调整。注浆孔布置见下表和图2
[0034][0035]
3)高分子材料注浆，注浆设备及注浆压力：采用2zbq-6/12型气动高压双液注浆泵注浆，最大注浆压力可达21mpa，根据现场的实际情况，施工地点供风能力不低于3m3/min，供风压力不小于0.5mpa，注浆压力不小于4mpa，一般注浆压力为4～8mpa。
[0036]
注浆材料及配比：采用scpjg-2高分子复合型加固材料，该加固材料由a、b两种组分的复合产品，a、b两组分混合后能迅速反应，产生高强度的聚合体。使用时，将a、b组分材料按照1：1的体积比混合均匀后注入煤岩体中。
[0037]
注浆孔及注浆管：注浆管采用4
′
钢管，长度4m，分为实管和花管，每个钻孔放入3根
注浆管(2m实管+1m实管+1m花管)，采用专用封孔器封孔，如遇注浆吃浆量小、注浆压力迅速增加等现象，调整每个钻孔放入的3根注浆管为(2m实管+1m花管+1m花管)，为保证实际注浆效果，达到稳定巷道的作用，初步设计每孔注浆500kg，可根据现场实际情况进行调整。
[0038]
4)无机加固材料注浆，注浆设备及注浆压力：采用zbq-25/5矿用风动注浆泵，注浆压力应不小于5mpa。
[0039]
(1)注浆设备距离注浆锚索位置应在10m以内。
[0040]
(2)将注浆泵和搅拌器装配起来，连接风、水管路和注浆泵。用清水将搅拌桶冲洗干净，严禁桶内有杂物、注浆料硬块等。
[0041]
(3)用水将注浆泵、搅拌桶、连接管路冲刷干净，并向搅拌桶内加入少量水，慢慢开风，对搅拌器和注浆泵进行试运转。
[0042]
(4)在确保搅拌器和注浆泵正常运行，注浆泵注出的水有足够的压力，且各种管路和开关连接无误的情况下，可以进行配比注浆液。
[0043]
注浆材料及配比：采用scjg-2型无机注浆加固材料，按照水灰比为0.4：1进行配比，搅拌均匀后即可注浆。
[0044]
注浆孔及注浆管：采用dn15mm注浆管封孔，封孔长度4m，外口焊接kj10球阀，注浆管外漏长度0.5m，注浆管与孔壁之间采用编织袋添加gbd-2(fkj)型封孔剂进行封孔。
[0045]
5)施工超前锚杆，预防漏顶，平行巷道延伸方向，按大于巷道坡度5-10
°
的仰角施工超前锚杆，锚杆采用φ22*2500mm螺纹钢锚杆，间距500mm，每根锚杆使用2支树脂锚固剂，锚杆外端压在钢带上方，每掘进3排施工一茬超前锚杆，每两茬超前锚杆平错300mm。
[0046]
6)注浆锚索支护，顶板采用锚杆索配合钢带支护，锚索采用φ21.8
×
10000mm普通锚索和φ22
×
10000mm中空注浆锚索交替布置，间排距1800*600mm，即奇数排钢带每排3根普通锚索+4根φ22
×
2500mm螺纹钢锚杆，偶数排钢带每排4根注浆锚索+3根φ22
×
2500mm螺纹钢锚杆，每根锚索采用1支msk23/35树脂药卷和3支msz23/35树脂药卷，锚固力为250kn，预紧力为220kn。
[0047]
需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0048]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.松散破碎煤体顶板注浆加固装置，包括隧道内行走的注浆钻孔锚杆机主体(3)，其特征在于：所述注浆钻孔锚杆机主体(3)的输出端活动安装有锚杆(4)，所述锚杆(4)的外表面通过轴承固定连接有外筒(5)，所述外筒(5)的表面开设有限位槽(6)，所述限位槽(6)的内部滑动连接有销钉(7)，所述销钉(7)的外表面转动连接有连接杆(8)，所述连接杆(8)的末端固定连接有液压缸(9)，所述液压缸(9)的外表面固定安装在注浆钻孔锚杆机主体(3)的内部，所述注浆钻孔锚杆机主体(3)的表面固定安装有角度刻度盘(10)，所述角度刻度盘(10)的支撑轴端固定连接在外筒(5)的表面。2.根据权利要求2所述的松散破碎煤体顶板注浆加固装置，其特征在于，所述销钉(7)两端的直径大于中间段直径。3.根据权利要求2所述的松散破碎煤体顶板注浆加固装置，其特征在于，所述外筒(5)的外表面活动安装在注浆钻孔锚杆机主体(3)的内部。4.根据权利要求1-3任意一项所述的松散破碎煤体顶板注浆加固装置的加固方法，其特征在于，具体方法如下：1)超前地质条件探查前，收集掘前钻场各个钻孔施工信息，通过对煤渣颗粒度、喷孔情况进行分析，同时定期对煤样进行化验，取得煤体吸附常数、水分、灰分、挥发分、放散初速度、密度、发热量数据，利用迎头防冲卸压孔及掘前抽采钻孔对地质条件进行探查，准确掌握煤层倾角、破碎程度信息，对地质构造进行预测预判；2)超前煤体注浆加固顶板，在对迎头顶板煤体注浆加固，并根据井下现场具体情况对钻孔进行调整，其中注浆分为高分子材料注浆和无机加固材料注浆；3)施工超前锚杆，预防漏顶，平行巷道延伸方向，按大于巷道坡度5-10
°
的仰角施工超前锚杆，每掘进3排施工一茬超前锚杆；4)注浆锚索支护，顶板采用锚杆索配合钢带支护。

技术总结
本发明公开了松散破碎煤体顶板注浆加固装置及加固方法，具体涉及隧道施工技术领域。该松散破碎煤体顶板注浆的加固方法，通过裂隙充填与压密作用和网络骨架作用，提高围岩内聚力、弹性模量及内摩擦角，并将松散破碎煤体胶结成整体，从而有效提高岩体强度，提高围岩的承载能力，通过注浆锚索实现锚索全长锚固，中空注浆锚索注浆后，部分浆液由于高压随裂隙渗流到普通锚杆、锚索周边，使原锚杆、索变成全长锚固，同时，自身也达到全长锚固，使锚索与围岩形成整体，提高锚杆、锚索锚固力，保证锚索的预应力，真正实现锚索对破碎岩层的主动支护，岩体压力荷载便通过锚索被传递到深部稳定的岩体，确保了顶板支护安全可靠。确保了顶板支护安全可靠。确保了顶板支护安全可靠。


技术研发人员：王福军 张永涛 陈文 龚小强 胡烈飞 商伐 杨飞 李飞 杨朋朋 王华瑞 高丁丁 李明杰 任鸽鹏
受保护的技术使用者：陕西彬长大佛寺矿业有限公司
技术研发日：2023.06.06
技术公布日：2023/7/20