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摘要: 合理滞后注浆时机的确定是深井巷道围岩加固支护技术的关键，通过UDEC数值模拟分析及现场实测，对巷道掘进后围岩变形及裂隙发育特征进行了深入地研究，获得了深井巷道围岩滞后注浆加固的合理时机。结果表明，注浆加固应在巷道剧烈变形阶段后的缓慢变形阶段初期，在巷道围岩裂隙发育相对稳定时，合理时机为巷道掘进后15 ～ 20 d。
关键词: 岩巷; 注浆加固; 合理时机
Abstract: the determination of reasonable grouting time lag is deep well surrounding rock reinforcement technology key, through numerical simulation analysis and field UDEC measured, of roadways after excavating deformation and the surrounding rock crack development features in-depth studies, and acquired a deep well of surrounding the reasonable grouting strengthening lag time. The results show that the grunting reinforcement of roadway deformation stage should be in severe after the slow deformation of the early stage, in the surrounding rock crack development relative stability, reasonable opportunity for excavating tunnels after 15 ~ 20 d.
Keywords: rock; The grunting reinforcement; Reasonable time
中圖分类号：U457文献标识码：A 文章编号：
0 引言
研究表明注浆能将松散破碎的围岩胶结成整体，提高岩体的黏聚力和弹性模量等，从而提高岩体的强度。锚网索及围岩注浆加固支护技术已成为深井巷道首选的围岩控制措施，但注浆效果好坏与注浆的时机有很大关系。工程实践表明，新掘巷道除破碎带外，不宜掘后几天内就注浆加固。因为巷道开掘后应力重新分布，释放应力产生裂隙，如果过早注浆，一方面，由于围岩中尚未形成足够大的裂隙，难以注入浆液; 另一方面，由于应力释放和变形的持续，新裂隙不断形成，导致结石强度尚低的已注浆加固岩体破坏，造成支护失败。但如果注浆过晚，又不能起到及时支护的作用，致使围岩变形过大而整体失稳。因此，选择合适的注浆时机对于巷道支护有重要意义，有必要进行深入分析。
1 支护时机对支护效果的影响
巷道开挖后，围岩虽然发生少量的变形但仍有很强的自承能力，如果紧跟掘进头进行永久支护，则围岩的高应力全部由支护体承担，没有进行让压或放压过程，既极大提高了对支护结构刚度和强度的要求，又不能充分利用和调动围岩的自承能力。这不仅意味着生产成本的大幅增加，也意味着设计、施工难度的大幅增加。所以支护时应滞后掘进面一定距离，让围岩先适当变形，以达到释放部分应力的目的。但是，支护滞后掘进面的距离过大又会使围岩发生无法控制的大变形，甚至破碎、塌落，完全丧失围岩的强度和自承能力，围岩的自重全部作为荷载加到支护体上，同样对巷道支护非常不利。
2 工程背景
某矿－ 817 m 水平的一条开拓巷道，埋深约850 m。岩层以花斑泥岩、鳞状花斑砂质泥岩及粉砂岩为主，岩性较差。巷道断面形状为直墙半圆拱，根据研究成果采用锚网索及全断面围岩滞后注浆措施。
3 确定合理的注浆加固时机
3. 1数值模拟分析
采用离散单位法( UDEC) 研究巷道锚网索支护后周边围岩裂隙发育情况，根据地质条件，建立100 m × 100 m 的计算模型，如图1所示。上部边界为应力边界，施加应力为20 MPa; 下边界和左右两边为固定边界。计算采用的岩体力学模型为应变软化模型，节理采用的力学模型为节理面接触－ 库伦滑移模型。巷道掘进后，同一断面不同位置巷道裂隙发育特征如图2所
图 1 数值计算模型
示。巷道开挖后，随着时间的延长，围岩裂隙逐步发育; 15 ～ 20 d 围岩裂隙发育数量和范围急速增大; 20 ～ 30 d 时数量和范围相对稳定。因此，应在裂隙发育数量及范围变为相对稳定时进行注浆加固，即巷道掘出后20 d左右。
3. 2 现场观测曲线判断
最佳二次加固支护时机的力学含义是: 最大限度地发挥塑性区承载能力而又不出现松动破坏时所对应的时机。通过对巷道表面或深部的位移监测，可以判定巷道位移变化速率由快到趋于平缓的时间拐点，以此点附近作为注浆加固支护的最佳时机。巷道掘进后，安装多点位移计及锚杆索测力计，实时观测巷道围岩变形及锚杆索受力情况。观测断面内共安设3 个多点位移计( 上、下帮，顶板各安设1 个) ，包括1. 0、2. 0、2. 5、3. 0、3. 5、4. 0、5. 0、6. 0 m 8 个深基点。图2为巷道深部围岩位移 及变形速率 随时间的变化曲线，由图可见，巷道掘出后，其深部围岩变形移动分为3 个阶段，即变形移动剧烈阶段( 15 ～20 d) 、变形移动平缓阶段( 20 ～ 35 d) 和变形移动相对稳定阶段( ＞ 35 d) 。在巷道掘进后最初的15 d 内围岩位移变化剧烈，同时围岩的移进速率也表现出急剧变化，15 ～ 20 d 后变形量趋于相对稳定。所以，15 ～ 20 d 这段时间是围岩运动速率由快到趋于平缓的拐点。图4为巷道锚索、锚杆受力随巷道掘出时间变化曲线，由于锚索安装时初期预紧力小，导致锚索受力较小，巷道在掘出15 ～ 20 d后，锚杆索受力趋于稳定。
根据数值模拟和现场的观测结果，确定巷道注浆加固的合理时机为巷道掘出后20d左右。
图 2 巷道深部围岩位移和移进速率变化曲线
4 工程实践
巷道掘出后约20 d，对巷道两帮及顶板围岩进行注浆加固。注浆浆液为Po32. 5 级普通硅酸盐水泥配制成的单液浆，水灰比为0. 7 ～ 1. 0，注浆孔深3. 0 m，孔径42 mm，注浆终压为2 ～ 3 MPa，排距3 m 。通过现场观测，在施工后120 d 内，巷道两帮位移量最大仅100 mm，顶底位移量最大120 mm ，且在较长的时间内巷道趋于稳定，保证了巷道的正常使用。
5 结论
对于深井软岩巷道，应用锚、网、索支护并滞后注浆加固措施能有效地控制巷道围岩稳定状态，合适的滞后注浆时机决定着巷道加固效果。研究表明，巷道掘出后15 ～ 20 d 为围岩裂隙发育相对稳定时机及巷道缓慢变形阶段初期，此时进行围岩注浆加固能有效抑制深井巷道围岩变形。
参考文献:
［1］ 康宇，梁冰，李刚． 深部高应力软岩巷道变形特点与控制方法［J］． 黑龙江科技学院学报，2008，18 ( 4 ) :256 － 258．
［2］ 乔卫国，乌格梁尼采AB，彼尔绅BB． 巷道注浆加固合理滞后时间的确定［J］． 岩石力学与工程学报，2003，22 ( z1 ) :2409 － 2411．
作者简介：朱庆林，男，汉族，中共党员，本科学历。国投新集能源股份有限公司新集一矿掘进五队工作
关键词: 岩巷; 注浆加固; 合理时机
Abstract: the determination of reasonable grouting time lag is deep well surrounding rock reinforcement technology key, through numerical simulation analysis and field UDEC measured, of roadways after excavating deformation and the surrounding rock crack development features in-depth studies, and acquired a deep well of surrounding the reasonable grouting strengthening lag time. The results show that the grunting reinforcement of roadway deformation stage should be in severe after the slow deformation of the early stage, in the surrounding rock crack development relative stability, reasonable opportunity for excavating tunnels after 15 ~ 20 d.
Keywords: rock; The grunting reinforcement; Reasonable time
中圖分类号：U457文献标识码：A 文章编号：
0 引言
研究表明注浆能将松散破碎的围岩胶结成整体，提高岩体的黏聚力和弹性模量等，从而提高岩体的强度。锚网索及围岩注浆加固支护技术已成为深井巷道首选的围岩控制措施，但注浆效果好坏与注浆的时机有很大关系。工程实践表明，新掘巷道除破碎带外，不宜掘后几天内就注浆加固。因为巷道开掘后应力重新分布，释放应力产生裂隙，如果过早注浆，一方面，由于围岩中尚未形成足够大的裂隙，难以注入浆液; 另一方面，由于应力释放和变形的持续，新裂隙不断形成，导致结石强度尚低的已注浆加固岩体破坏，造成支护失败。但如果注浆过晚，又不能起到及时支护的作用，致使围岩变形过大而整体失稳。因此，选择合适的注浆时机对于巷道支护有重要意义，有必要进行深入分析。
1 支护时机对支护效果的影响
巷道开挖后，围岩虽然发生少量的变形但仍有很强的自承能力，如果紧跟掘进头进行永久支护，则围岩的高应力全部由支护体承担，没有进行让压或放压过程，既极大提高了对支护结构刚度和强度的要求，又不能充分利用和调动围岩的自承能力。这不仅意味着生产成本的大幅增加，也意味着设计、施工难度的大幅增加。所以支护时应滞后掘进面一定距离，让围岩先适当变形，以达到释放部分应力的目的。但是，支护滞后掘进面的距离过大又会使围岩发生无法控制的大变形，甚至破碎、塌落，完全丧失围岩的强度和自承能力，围岩的自重全部作为荷载加到支护体上，同样对巷道支护非常不利。
2 工程背景
某矿－ 817 m 水平的一条开拓巷道，埋深约850 m。岩层以花斑泥岩、鳞状花斑砂质泥岩及粉砂岩为主，岩性较差。巷道断面形状为直墙半圆拱，根据研究成果采用锚网索及全断面围岩滞后注浆措施。
3 确定合理的注浆加固时机
3. 1数值模拟分析
采用离散单位法( UDEC) 研究巷道锚网索支护后周边围岩裂隙发育情况，根据地质条件，建立100 m × 100 m 的计算模型，如图1所示。上部边界为应力边界，施加应力为20 MPa; 下边界和左右两边为固定边界。计算采用的岩体力学模型为应变软化模型，节理采用的力学模型为节理面接触－ 库伦滑移模型。巷道掘进后，同一断面不同位置巷道裂隙发育特征如图2所
图 1 数值计算模型
示。巷道开挖后，随着时间的延长，围岩裂隙逐步发育; 15 ～ 20 d 围岩裂隙发育数量和范围急速增大; 20 ～ 30 d 时数量和范围相对稳定。因此，应在裂隙发育数量及范围变为相对稳定时进行注浆加固，即巷道掘出后20 d左右。
3. 2 现场观测曲线判断
最佳二次加固支护时机的力学含义是: 最大限度地发挥塑性区承载能力而又不出现松动破坏时所对应的时机。通过对巷道表面或深部的位移监测，可以判定巷道位移变化速率由快到趋于平缓的时间拐点，以此点附近作为注浆加固支护的最佳时机。巷道掘进后，安装多点位移计及锚杆索测力计，实时观测巷道围岩变形及锚杆索受力情况。观测断面内共安设3 个多点位移计( 上、下帮，顶板各安设1 个) ，包括1. 0、2. 0、2. 5、3. 0、3. 5、4. 0、5. 0、6. 0 m 8 个深基点。图2为巷道深部围岩位移 及变形速率 随时间的变化曲线，由图可见，巷道掘出后，其深部围岩变形移动分为3 个阶段，即变形移动剧烈阶段( 15 ～20 d) 、变形移动平缓阶段( 20 ～ 35 d) 和变形移动相对稳定阶段( ＞ 35 d) 。在巷道掘进后最初的15 d 内围岩位移变化剧烈，同时围岩的移进速率也表现出急剧变化，15 ～ 20 d 后变形量趋于相对稳定。所以，15 ～ 20 d 这段时间是围岩运动速率由快到趋于平缓的拐点。图4为巷道锚索、锚杆受力随巷道掘出时间变化曲线，由于锚索安装时初期预紧力小，导致锚索受力较小，巷道在掘出15 ～ 20 d后，锚杆索受力趋于稳定。
根据数值模拟和现场的观测结果，确定巷道注浆加固的合理时机为巷道掘出后20d左右。
图 2 巷道深部围岩位移和移进速率变化曲线
4 工程实践
巷道掘出后约20 d，对巷道两帮及顶板围岩进行注浆加固。注浆浆液为Po32. 5 级普通硅酸盐水泥配制成的单液浆，水灰比为0. 7 ～ 1. 0，注浆孔深3. 0 m，孔径42 mm，注浆终压为2 ～ 3 MPa，排距3 m 。通过现场观测，在施工后120 d 内，巷道两帮位移量最大仅100 mm，顶底位移量最大120 mm ，且在较长的时间内巷道趋于稳定，保证了巷道的正常使用。
5 结论
对于深井软岩巷道，应用锚、网、索支护并滞后注浆加固措施能有效地控制巷道围岩稳定状态，合适的滞后注浆时机决定着巷道加固效果。研究表明，巷道掘出后15 ～ 20 d 为围岩裂隙发育相对稳定时机及巷道缓慢变形阶段初期，此时进行围岩注浆加固能有效抑制深井巷道围岩变形。
参考文献:
［1］ 康宇，梁冰，李刚． 深部高应力软岩巷道变形特点与控制方法［J］． 黑龙江科技学院学报，2008，18 ( 4 ) :256 － 258．
［2］ 乔卫国，乌格梁尼采AB，彼尔绅BB． 巷道注浆加固合理滞后时间的确定［J］． 岩石力学与工程学报，2003，22 ( z1 ) :2409 － 2411．
作者简介：朱庆林，男，汉族，中共党员，本科学历。国投新集能源股份有限公司新集一矿掘进五队工作