预应力锚注支护..doc

预应力锚注支护技术 济南澳科 1.概述 目前，随着采矿规模的日益增大，开采深度也越来越大，因此，巷道围岩的压力也越来越大，尤其受采动影响的巷道、软弱岩层和破碎带，巷道位于不稳定岩体中，围岩弱面发育，使得围岩强度和稳定性差，这就给巷道围岩控制和巷道支护及维护带来了非常大的困难。在一些特殊地点往往采用常规的锚杆/锚索进行支护，其效果不尽人意。 最近几年发展起来的锚注技术在矿山和岩土工程中得到广泛应用，工程实效也很显著，尤其在软弱岩层支护中发挥了很大的作用。锚注支护实质上是将锚固支护技术和注浆加固技术的结合，利用中空的锚杆/锚索兼做注浆管，在保证全长锚固的前提下，利用注浆材料改变围岩的性质，提高围岩的强度和自承能力，保持巷道的稳定。 锚注支护技术主要包括四个方面：锚注理论、注浆材料、锚注锚杆/锚索、施工工艺和设备。 注浆理论 注浆理论是借助流体力学、固体力学等理论发展起来的，通过对浆液的流动形式进行实验、模拟分析，建立注浆压力、扩散半径、注浆量、注浆时间之间的关系。实践证明，浆液在地层中的流动复杂多变，浆液性能注浆压力随着地层变化而变化。目前得到公认的注浆理论主要有以下三种理论 （1）渗透注浆理论 渗透注浆是不破坏地层构造的压力下，把浆液注入到粒状岩土的孔隙内，从而达胶结岩体的目的。国内外学者对渗透注浆进行了广泛的研究，先后提出了球面理论、柱形扩散理论等。国内采用注浆加固十分重视浆液的扩散性。 （2) 压密注浆理论 压密注浆是利用极稠的浆液(坍落度25mm)，通过钻孔挤向破碎围岩，在注浆处形成球形浆包，浆液扩散靠对周围破碎围岩的压缩。浆液取代注浆范围内的破碎围岩，并不向破碎围岩扩散和渗透，在注浆邻近区存在塑性变形带，较远处破碎围岩发生弹性变形，达到破碎围岩压密、压实的目的。 （3） 辟裂注浆理论 劈裂注浆是在钻孔内液体施加压力于地层，当液体压力超过岩体辟裂压力，或超过渗透注浆和压密注浆的极限压力，岩体在裂缝处发生尖端效应，产生次级裂缝，进浆量突然增加，并在钻孔附近形成网状浆脉，通过挤压和浆体骨架作用加固岩体。 这些成果具有较好的理论指导意义，但在定量应用上受到较大限制。由于注浆介质的复杂性和工程的隐蔽性，注浆理论研究难以开展，其研究水平不仅严重滞后于注浆工程实践和注浆材料的发展要求，而且滞后于一般工程技术研究的发展水平。 1.2 注浆材料 注浆材料是锚注支护术中一个不可分割的组成部分，浆液性能是决定注浆加固效果的关键因素之一，浆液的消耗又影响到工程成本，因此国内外都致力于研究新型注浆材料。目前注浆材料品种已达上百种，性能各不相同，只能根据注浆工程的要求和目的选择不同性能的注浆材料。 目前，针对以限制变形为目的的巷道围岩注浆加固材料研究的较少，同时井下巷道多是临时性或半永久性工程，成本受到限制，因此对巷道围岩注浆加固材料有特殊的要求。一般只考虑采用价格低廉的水泥类材料，并通过添加剂来调节其性能，这些性能主要包括三个方面：工艺方面、破裂岩体的渗透性能、与煤岩体的粘结强度和抗变形性能。 按照注浆工艺分为单液浆和双液浆。习惯上把浆液中的主剂分为无机和有机材料两大体系， 注浆材料的发展方向:传统的水泥和粘土类颗粒材料由于粒度大，可灌性低，难以满足各种注浆工程的不同要求。而水玻璃类注浆材料固结强底低，有些化学注浆材料生成的凝胶产物对环境有一定的污染或带有一定的毒性，并且高分子化学浆材施工成本较高，在经济性及耐久性方面使其难以大量使用。因此，从可持续发展和环保观点看，今后注浆材料的发展方向主要是:新型无机胶凝材料；早强和高强地质聚合体材料；以添加剂或主剂形式出现的化学改性材料；为提高微小裂隙和孔隙注浆效果的微细注浆材料;寻求渗透性强、可注性好、无污染、固结体强度较高、凝胶时间易于控制、价格便宜和施工方便等综合性能指标高、成本较低的绿色新型注浆材料。总之，根据具体工程需要按照一定比例和成分配比，可以适应膨胀、微膨胀、带压堵水、高压渗透等注浆要求。此外，注浆材料的综合性能更趋向于渗透能力强、可注性高、早期和终凝强度高、结石率高、凝聚时间容易控制。 1.3 锚注锚杆/锚索 随着锚注支护技术推广应用，锚注锚杆/ 锚索最近几年发展迅速。锚杆/锚索在满足注浆的前提下向大直径高强度发展。国内外最近几年进行了大量的试验研究。最有代表性是德国研制的“一步到位”锚杆，并带一次性钻头的自钻进大直径全螺纹超高强锚杆，称为ONE.STEP.ANCKER锚杆（图1.2）。 图1.1 德国锚杆发展历程 图1.1 表明了德国锚杆支护发展的20多年的历程，锚杆的破断力从160KN提高到360KN，锚固方式从端锚——全长锚固——锚注一体；德国的发展历程代表了深井巷道支护发展的趋势和方向