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采矿业

一、项目背景

泥质软岩巷道是具有高应力、节理化、遇水膨胀软化等物理特征的复合型围岩巷道，特别是遇水膨胀的物理特征，被称为地下工程的“癌症”之一，会导致巷道围岩大变形破坏，甚至引发灾难性工程事故。泥质软岩巷道受力状态的复杂性与遇水条件的多变性决定了其复杂的变形机制，在控制手段上表现为单一支护方式难以有效治理的实践特征。

沿巷道径向根据围岩不同的渗流特性可分成：完全渗流区、定向渗流区、渗流屏蔽区、原岩渗流区。目前处理软岩巷道的支护难题多采用注水泥浆封闭加固，注水泥浆最有效区域是完全渗流区，该区位于巷道表层破碎区，一般厚度为0.4～2.0m，围岩裂隙充分发育，巷道轴向与环向的渗透性能相近，处于一个数量级，基本上做到各向渗流同性，可全方位渗流。浆液经过浅层完全扩散后，进入深部后的渗流通道是以原生裂隙面与结构面为主，由于层状岩体原生结构面的定向性使得该区间的渗流特性表现为很强的定向性，称为定向渗流区，该区域浆液渗流主要以大裂隙渗流为主，呈脉状扩散。随着与巷道表面的距离继续增加，受应力集中和高围压约束的影响，裂隙开度受压缩后减小，阻断了浆液渗流通道，虽然微观、细观裂隙发育，但考虑到水泥浆液的最小可注宽度0.1mm和启动压力梯度因素，该区域对于水泥浆其屏蔽作用是显著的，水泥浆很难穿过该区域向深部围岩渗流，所以在该区域形成了水泥浆的注浆渗流屏蔽区。并且，水泥浆注浆加固后随时间推移，固结体本身微孔隙也发育，孔隙表面水化、风化作用越来越强，使水泥浆加固的岩体逐步软化崩解，整体发生蠕变，因此水泥浆解决不了泥质软岩巷道软化流变大变形的难题。

二、成果内容

技术问题：本成果的目的是克服已有技术的不足，提供一种步骤简单，实施成本低，支护效果好的泥质软岩巷道分区多粒度的注浆加固方法。

技术方案：为实现上述技术目的，本成果的泥质软岩巷道分区多粒度的注浆加固方法，根据具体巷道的地质信息资料评估出相应的地质状态，根据评估出的地质状态在巷道中设计浅注浆孔和深注浆孔的钻孔点，随着巷道掘进，对巷道四周进行锚固并设置混凝土和硅溶胶喷层；在巷道的帮部和顶底板上施工浅注浆孔并封孔注浆，在预先设计的深注浆孔钻孔点施工深注浆孔并封孔注浆，从而有效封闭加固至深部原岩区以内。

三、经济效益

1)本申请通过在对巷道四周的岩面喷射混凝土构成混凝土止浆层，有效封闭岩面大裂隙，并在混凝土止浆层上复喷纳米级硅溶胶层，快速有效封闭微孔裂隙，从而在巷道表面形成隔离层，封堵巷道内水分子，空气分子进入巷道围岩的通道，显著阻碍了吸附、溶解、风化等微观作用，防止了泥质软岩巷道的进一步长期水化、风化；

2)通过浅注浆孔注入的水泥浆液扩散充填和固结被破坏形成的或原有的裂隙面，加固浅部破碎区围岩，提高岩体强度，为巷道进一步稳定提供更好的围岩条件，参与巷道围岩应力平衡过程，以充分发挥岩体的承载能力；

3)向深孔注入硅溶胶，利用毛细力提供硅溶胶渗透扩散动力，通过长时间缓慢渗透扩散，从而有效封闭泥质软岩巷道深部纳米级基质系统微孔裂隙，使泥岩微观结构更密实、更整体，封堵裂隙水通道，降低渗透性，防止已用水泥浆加固后的岩体遇水之后又逐步软化崩解、强度弱化、膨胀变形破坏；

4)利用巷道四周的岩面喷射混凝土层、纳米级硅溶胶层结合深注浆孔注入的硅溶胶分别从巷道围岩内外封堵水分子、空气分子、裂隙水等进入水泥浆固结体的通道；同时注入的水泥浆加固了浅部破碎区围岩，这种立体形式的加固方法，削弱了水患对泥质软岩巷道的影响，增加了泥质软岩巷道抗变形能力和耐久性能，解决了遇水后泥质软岩巷道突出表现的非线性大变形、显著的流变和受扰动影响等的问题。