高應(yīng)力軟巖巷道支護(hù)技術(shù)研究

鐘傳義

(安徽恒源煤電股份公司, 安徽宿州市 234000)

高應(yīng)力軟巖巷道支護(hù)技術(shù)研究

鐘傳義

(安徽恒源煤電股份公司, 安徽宿州市 234000)

臥龍湖煤礦-480南翼軌道大巷巖性較差,且對(duì)應(yīng)力擾動(dòng)非常敏感。分析了巷道圍巖變形特征和失穩(wěn)機(jī)理,指出結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性對(duì)支護(hù)承載結(jié)構(gòu)具有重要作用。提出了-480南翼軌道大巷支護(hù)技術(shù)方案,并成功應(yīng)用于工程實(shí)踐。

高應(yīng)力軟巖巷道;錨網(wǎng)索支護(hù);底板治理;補(bǔ)償支護(hù)

臥龍湖煤礦位于安徽省濉溪縣,井田內(nèi)已發(fā)現(xiàn)落差不等的斷層24條,礦井地質(zhì)條件復(fù)雜,巷道圍巖呈現(xiàn)出高應(yīng)力軟巖的特點(diǎn)。本文在分析巷道圍巖變形特征與破壞機(jī)理的基礎(chǔ)上,從支護(hù)承載結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性出發(fā),提出了錨網(wǎng)索支護(hù)技術(shù)方案,為此類巷道支護(hù)提供借鑒。

1 工程背景

如圖1所示,-480南翼軌道大巷位于105工作面和104工作面之間,受到工作面采動(dòng)的強(qiáng)烈影響,該段巷道經(jīng)過(guò)多次擴(kuò)修。巷道圍巖巖性以泥巖為主,層理比較發(fā)育,且受到105工作面和104工作面開(kāi)采引起的側(cè)向支承壓力作用,巷道圍巖表現(xiàn)為高應(yīng)力軟巖的特征,巷道淺部破碎巖體在高應(yīng)力作用下極易產(chǎn)生強(qiáng)烈的剪脹變形。

作為礦井南翼采區(qū)運(yùn)輸、行人、通風(fēng)的咽喉通道,-480南翼軌道大巷服務(wù)年限較長(zhǎng),而巷道變形嚴(yán)重,遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到使用斷面的要求,嚴(yán)重影響礦井的安全高效生產(chǎn),迫切需要用一種新型的支護(hù)技術(shù)來(lái)控制圍巖變形。

2 巷道變形特征及機(jī)理分析

2.1 原有支護(hù)變形特征

-480南翼軌道大巷為直墻半圓拱形巷道,設(shè)計(jì)凈斷面4.0m×3.6m,原有支護(hù)采用錨網(wǎng)支護(hù),巷道變形主要表現(xiàn)為底臌嚴(yán)重,兩幫內(nèi)移和頂板下沉量大,兩肩窩破壞,巷道全斷面收縮,無(wú)法保證巷道的正常使用。

2.2 巷道變形破壞機(jī)理分析

(1)上方工作面開(kāi)采的影響。受到104和105工作面開(kāi)采引起的側(cè)向支承壓力的影響,應(yīng)力水平高,巷道圍巖極易屈服變形。

圖1 -480南翼軌道巷與工作面的相對(duì)位置關(guān)系

(2)巷道圍巖完整性差。

(3)現(xiàn)有支護(hù)存在問(wèn)題。原有支護(hù)僅使用了Φ20mm×2000mm的20MnSi高強(qiáng)螺紋鋼錨桿,間排距為800mm×800mm,支護(hù)強(qiáng)度不夠,且支護(hù)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差。

(4)未采取治底措施。

3 高強(qiáng)穩(wěn)定型錨網(wǎng)支護(hù)技術(shù)思路

高強(qiáng)穩(wěn)定型錨網(wǎng)支護(hù)的技術(shù)思路是:首先根據(jù)巷道使用斷面的要求,進(jìn)行擴(kuò)巷并實(shí)施一次錨網(wǎng)支護(hù),針對(duì)圍巖比較破碎的特點(diǎn),一次錨網(wǎng)支護(hù)后進(jìn)行注漿,提高圍巖的完整性和殘余強(qiáng)度;其次進(jìn)行二次錨網(wǎng)支護(hù)提高錨網(wǎng)支護(hù)的剛度和強(qiáng)度;再次利用小孔徑預(yù)應(yīng)力錨索在巷道承載結(jié)構(gòu)的薄弱部位進(jìn)行結(jié)構(gòu)補(bǔ)償,提高支護(hù)承載結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

4 高強(qiáng)穩(wěn)定型錨網(wǎng)支護(hù)技術(shù)方案

針對(duì)-480南翼軌道大巷圍巖體強(qiáng)度較低,長(zhǎng)期受工作面開(kāi)采引起的側(cè)向支承壓力影響的特點(diǎn),提出-480南翼軌道巷結(jié)構(gòu)穩(wěn)定型支護(hù)技術(shù)方案,具體參數(shù)如下。

4.1 一次錨網(wǎng)索支護(hù)方案

首先進(jìn)行擴(kuò)巷,擴(kuò)巷后毛斷面尺寸為4.3m×3.75m,采用一次高強(qiáng)錨網(wǎng)索支護(hù)。

(1)選用Φ20mm×2500mm左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿,間、排距為800mm×800mm,錨桿預(yù)緊力矩應(yīng)不小于300N.m,兩幫底角錨桿向下傾15°,輔助控制巷道底臌。一次錨網(wǎng)支護(hù)參數(shù)如圖2所示。

圖2 一次支護(hù)錨網(wǎng)索支護(hù)斷面

(2)采用電阻焊技術(shù)加工Φ6mm的鋼筋自連網(wǎng),并且沿巷道徑向布置鋼筋梯子梁,進(jìn)一步提高護(hù)表效果和發(fā)揮錨網(wǎng)支護(hù)中錨桿的整體支護(hù)效果。

(3)錨桿托盤采用大小為150mm×150mm、厚度為10mm的鼓形托盤。

(4)采用Φ17.8mm×6500mm的小孔徑高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力錨索實(shí)施結(jié)構(gòu)補(bǔ)償,錨索排距1.6m,既能提高淺部圍巖的穩(wěn)定性,又能夠有效發(fā)揮深部穩(wěn)定巖體的承載能力。

4.2 注漿加固方案

一次錨網(wǎng)支護(hù)后,對(duì)圍巖實(shí)施注漿加固。注漿錨桿間、排距1.5m×1.5m,起注高度0.4m,孔深1.5m。注漿材料水灰比以0.7左右為宜。

4.3 二次錨網(wǎng)索支護(hù)方案

針對(duì)高應(yīng)力軟巖巷道圍巖變形強(qiáng)烈的特點(diǎn),一次錨網(wǎng)索支護(hù)后,應(yīng)及時(shí)進(jìn)行二次支護(hù),增加支護(hù)強(qiáng)度的同時(shí),提高支護(hù)承載結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

二次支護(hù)采用Φ20mm×3000mm的錨桿,用鋼帶替換鋼筋梯子梁,沿巷道軸向布置,其他技術(shù)參數(shù)參照一次支護(hù)技術(shù)。二次支護(hù)錨網(wǎng)索布置如圖3所示,軌道巷錨網(wǎng)支護(hù)展開(kāi)見(jiàn)圖4。

圖3 二次支護(hù)錨網(wǎng)索布置

圖4 軌道巷錨網(wǎng)支護(hù)展開(kāi)

4.4 底板支護(hù)方案

支護(hù)承載結(jié)構(gòu)是一個(gè)相互影響的整體,尤其是高應(yīng)力軟巖巷道,若不治底很難控制巷道的變形,針對(duì)臥龍湖煤礦-480南翼軌道大巷的具體情況,在進(jìn)行上述支護(hù)后,統(tǒng)一實(shí)施底板支護(hù)。

底板支護(hù)方案采用兩種形式的支護(hù)斷面,具體支護(hù)形式如圖5所示,且斷面A和斷面B相間布置,并利用小孔徑預(yù)應(yīng)力錨索提高底板承載結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。底板錨桿規(guī)格為Φ20mm×3000mm,要求錨桿預(yù)緊力矩不低于300N.m,錨桿或錨索間、排距為1.1m×1.6m,錨索預(yù)緊力不低于100kN。

為監(jiān)測(cè)支護(hù)效果,施工后進(jìn)行了礦壓監(jiān)測(cè),采用上述支護(hù)技術(shù)方案以后,-480南翼軌道大巷支護(hù)狀況有了明顯改善,整個(gè)觀測(cè)期間,頂板累計(jì)下沉量10mm,累計(jì)底臌量33mm,兩幫累計(jì)移近量為21mm。

5 主要結(jié)論

(1)高應(yīng)力軟巖巷道不能只注重支護(hù)剛度,應(yīng)在保證一定支護(hù)剛度的基礎(chǔ)上,從支護(hù)承載結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性出發(fā),在承載結(jié)構(gòu)的薄弱部位用錨索支護(hù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)補(bǔ)償,提高圍巖整體承載性能。

(2)對(duì)于高應(yīng)力軟巖巷道,必須進(jìn)行底板治理。底板的穩(wěn)定性對(duì)于整個(gè)支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性起到非常重要的作用。

[1]田 磊,謝文兵.綜放跨采巷道棚-索耦合協(xié)同支護(hù)技術(shù)[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2011,39(11):44-47.

[2]田 磊,謝文兵.底板跨采巷道錨網(wǎng)索支護(hù)效果分析[J].現(xiàn)代礦業(yè),2011(4):22-24.

[3]鄭百生,謝文兵,陳曉祥.柴里煤礦跨采巷道圍巖加固機(jī)理分析[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2004,32(5):40-42.

[4]董昌偉,孟祥閣.高應(yīng)力軟巖巷道的加固技術(shù)[J].采礦技術(shù),2011,11(4):68-69.

[5]秦忠誠(chéng),王同旭.深井孤島綜放工作面跨采軟巖巷道合理支護(hù)技術(shù)[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2003,31(5):7-10.

[6]李學(xué)華,楊宏敏,等.動(dòng)壓軟巖巷道錨注加固機(jī)理與應(yīng)用研究[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào),2006,23(2):159-163.

[7]常聚才,謝廣祥,楊 科.綜放沿空巷道錨網(wǎng)索支護(hù)效果分析[J].礦山壓力與頂板管理,2005(2):71-73.

[8]王紅勝,張東升,王旭鋒,等.綜放面近距離跨采下山分區(qū)加固技術(shù)[J].西安科技大學(xué)學(xué)報(bào),2007,27(4):559-564.

2012-02-28)

鐘傳義(1974-),男,工程師,安徽濉溪縣人,業(yè)務(wù)主管,從事掘進(jìn)技術(shù)管理工作,Email:tlajyy@163.com。