深部開采礦井大斷面巷道支護技術實踐

劉福輪 徐天才 孟慶保

1 工程概況

口孜東礦主井井底裝載膠帶機巷連接主井井底南、北煤倉下口及主井,作為煤倉下口裝煤及運煤通道,服務年限 60年,巷道斷面超過40m2,巷道底板標高-890m,該礦地面標高+25m。

2 地質(zhì)條件

該段巷道主要在 18-1,18-2煤層中掘進,整體巖層巖性局部較松軟。在掘進過程中將依次揭露:砂質(zhì)泥巖層,巖層厚度14.5m;鋁質(zhì)泥巖層,巖層厚度1.7m;18-1煤層,煤層厚度0.5m;細砂巖層,巖層厚度3.0m;砂質(zhì)泥巖層,巖層厚度1.5m;18-2煤層,煤層厚度0.5m;砂質(zhì)泥巖層,巖層厚度1.1m。該段巷道巖層局部較松軟,巖層裂隙發(fā)育,巖層剖面傾角南傾約5°,剖面傾角東傾約 3°。

3 支護設計

3.1 永久支護形式

巷道施工時,首先采取錨網(wǎng)索噴一次支護,永久支護錨桿距迎頭距離不得超過 2.2m;后期進行澆筑混凝土二次支護。

3.2 巷道斷面形狀

巷道及硐室斷面均為直墻半圓拱形。巷道支護斷面圖見圖 1。

3.3 斷面尺寸

掘面積:47.4m2,掘?qū)?8 540 mm,掘高:6 470mm;凈面積: 46.2m2,凈寬:8 400mm,凈高:6 400mm。

3.4 錨網(wǎng)索噴支護參數(shù)

1)錨桿間排距為0.7m×0.7m。錨索間排距為1.5m×1.4m,每排布置 7根。2)錨網(wǎng)采用錨桿壓槎;錨網(wǎng)搭接不小于 100mm,用12號鐵絲聯(lián)網(wǎng),聯(lián)網(wǎng)點間距不大于 300mm。3)安裝錨桿時,每孔使用3卷Z2350型錨固劑,錨固劑攪拌時間為 20 s～30 s。安裝錨索時,每孔使用 3卷Z2850型錨固劑,錨固劑攪拌時間為30 s～ 45 s。4)噴漿厚度為70mm,混凝土標號為C20。初噴厚度不小于50mm,并及時進行復噴。

3.5 錨網(wǎng)索支護材料

1)錨桿采用φ22左旋無縱筋專用Ⅱ級高強螺紋鋼加工,長度為2.5m。2)錨桿托板采用厚10mm鋼板加工成窩型托板,規(guī)格為長×寬×厚=120mm×120mm×10mm。3)錨網(wǎng)采用φ6鋼筋焊制,規(guī)格為長×寬=1 600mm×900mm,網(wǎng)孔規(guī)格為100mm× 100mm。4)錨索采用φ21.8鋼絞線,長6.3m。錨索托板采用厚14mm鋼板加工,采用大小兩塊托板疊加,大托板規(guī)格為長 ×寬×厚=300mm×300 mm×14 mm,小托板規(guī)格為長×寬×厚= 150mm×150mm×14mm。5)鋼帶:采用Φ12圓鋼焊制H型鋼帶,規(guī)格為3.0m,2.4m和1.6 m三種。6)錨固劑:Z2350型或Z2850型錨固劑。

3.6 噴漿支護材料

水泥為P.O 32.5水泥,黃砂為中砂,細度模數(shù)2.5,瓜子片粒徑5mm～10mm,配合比(重量比)為水∶水泥∶黃砂∶瓜子片= 0.45∶1∶2.13∶2.13,速凝劑摻入量為水泥重量的 4%。

4 臨時支護

4.1 臨時支護形式

正常情況下采用戴帽點柱做臨時支護,當圍巖破碎、過地質(zhì)構造帶或頂板為砂質(zhì)泥巖或煤層等松軟巖層時采用超前螺紋鋼、護頂錨桿作臨時支護。

4.2 臨時支護材料及支護參數(shù)

1)戴帽點柱。點柱選用直徑不小于 200mm,長度不小于 2.5m的圓木,柱帽采用規(guī)格:長×寬×高=1 800mm×150mm×150mm。正常情況下最大控頂距不超過 2.3m,如頂板巖石穩(wěn)定性較差時,采用逐排施工,最大控頂距不超過 1.0m。

2)超前鋼筋和護頂錨桿。超前鋼筋采用直徑 28 mm、長度3.0m的螺紋鋼。護頂錨桿同支護錨桿。正常情況下最大控頂距不超過 2.3m,如頂板巖石穩(wěn)定性較差或者頂部為煤時,采用逐排施工,最大控頂距不超過1.0m。

3)超前鋼筋和護頂錨桿支護工藝。超前鋼筋是在一個循環(huán)結(jié)束后,進行下一循環(huán)時從巷道頂部打入起到超前控頂?shù)淖饔?。即在打眼爆破?沿巷道拱部輪廓線外 50mm～100mm位置以間距300mm～500mm(頂板破碎嚴重時縮小間距)之間施工一圈超前支護螺紋鋼,巖性不穩(wěn)定時可視現(xiàn)場情況縮小施工超前支護間距。按照眼位用風錘沿巷道坡度打眼,眼深2.5m～2.7m,然后把螺紋鋼插入眼內(nèi),并用支護錨桿、錨網(wǎng)、鋼帶壓接牢固。保證螺紋鋼外露不小于300mm,爆破后螺紋鋼在巖體內(nèi)預埋300mm以上。

護頂錨桿是在爆破后,敲幫問頂,找凈迎頭危巖浮矸,人員站在有支護的頂板下向迎頭沒支護的頂板打 5根護頂錨桿并掛網(wǎng)進行臨時支護。護頂錨桿間距在 700mm～1 000 mm之間,每根錨桿使用 2卷錨固劑,并掛網(wǎng)作臨時支護。護頂錨桿與巖面夾角不得小于 75°,每根錨桿抗拔力不得小于 80 kN。

5 技術質(zhì)量要求

1)錨索施工可以與迎頭施工同時進行,巖石較硬,巖石層較為完整時,錨索距離迎頭為 6m～8m。巖性差,頂板巖石破碎或錨桿生根在炭質(zhì)泥巖等軟巖中時,錨索必須緊跟迎頭。2)錨索施工時,必須保證錨索生根在穩(wěn)定巖石段不少于2m,否則必須加長錨索長度。3)錨桿外露長度:露出螺母10mm～50mm;錨索露出鎖具長度為300mm,允許偏差0mm～-100mm。4)錨桿螺母扭矩力不小于 140 N?m,錨桿抗拔力不小于 80 kN/根,錨索預應力不小于 160 kN/根。5)噴射均勻,噴漿后噴漿表面無裂縫、蜂窩、孔洞、露筋、穿裙、赤腳現(xiàn)象,基本飽滿密實,無明顯凸凹現(xiàn)象。噴漿表面平整度不大于50mm(1m2范圍內(nèi))。

巷道施工后的礦壓觀測結(jié)果表明巷道離層值在允許范圍之內(nèi),說明該支護方式適應深井大斷面巷道的支護需要,滿足安全生產(chǎn)要求。

[1] 李 群.深井軟巖巷道錨注支護機理分析及其工程應用[J].山西建筑,2009,35(16):117-118.