深部高應力影響下軟巖巷道支護技術研究

蔣金虎

(開灤(集團) 唐山礦業(yè)分公司,河北唐山 063000)

深部高應力影響下軟巖巷道支護技術研究

蔣金虎

(開灤(集團) 唐山礦業(yè)分公司,河北唐山 063000)

深部礦井高應力影響下軟巖巷道支護的穩(wěn)定性問題,是世界巷道支護中普遍存在的難題,各國業(yè)內專家都從理論和實踐,技術與工藝,材料與裝備上進行大量研究,提出了主動性支護的理念和原則。然而,對這一理念和原則的推廣應用,卻又因不同國度和自然條件而呈現不同的狀況。本文結合唐山礦的實際情況,研究制定了深部高應力影響下軟巖巷道支護技術方案,并取得了良好的支護效果。

深部 高應力 軟弱巖 離散注漿

1 基本情況

開灤(集團)有限責任公司唐山礦業(yè)分公司是我國煤礦開采歷史高達百年以上的老礦,礦區(qū)建設的快速進展,使礦井的開采深度和作業(yè)空間越來越復雜,礦井開采深度及范圍的變化,影響巷道施工的困難因素從多方顯現,尤其是凸顯的“小區(qū)域高應力富含帶”復雜多變應力,給巷道支護帶來更大的難度,成為制約礦井深部開采的瓶頸。

目前我礦井在用主生產系統(tǒng)巷道失修量約1600米,動壓破壞占70%。目前急需治理的巷道約1000米,80%為動壓影響所致。同時這些巷道圍巖多為膨脹砂巖、泥巖和泥質砂巖,且隨砂巖厚度加大,粒度漸變至粗砂巖,泥質膠結,極易風化。如我礦6020、T2022大巷處于軟弱圍巖之中;-793水平8241大巷和-950水平9041大巷同時還受采動影響。

2 原有巷道支護狀況

唐山礦-793水平8241大巷原支護為錨網噴支護,支護厚度100mm,巷道規(guī)格為4.8×3.5m。由于受礦壓和采動影響,巷道變形嚴重,經過刷大治理,巷道又改成14 m2金屬拱形支架支護,棚距400mm。

套修治理后采用14m2金屬拱形支架支護也不能達到有效的支護效果,巷道基本每半年就需要套修一次才能滿足大巷運輸、通風和行人。這就給130年的老礦又增加了重擔,在套修治理過程中需要投入大量的人力、物力。

3 優(yōu)化支護方案

根據-793水平8241大巷的實際情況,我們對8241大巷周圍的巷道、采區(qū)以及該段巷道的主要巖性進行了分析和研究。最后,決定對支護方案進行優(yōu)化,采用多層錨網噴+離散注漿+卸壓槽的支護方法對該段巷道進行治理。同時,適當的將巷道斷面擴大,使巷道在應力的作用下變形后還能滿足正常的運輸、通風和行人的需要。

4 支護工藝

4.1 多支護單元

(1)初噴:巷道刷大后及時進行一次初噴進行臨時支護,噴漿用425號普通硅酸鹽水泥,水泥:陶粒土=1:3,速凝劑的摻入量為水泥的5%,初噴厚度80～100mm。

(2)一次錨網噴:①初噴結束后及時打錨桿掛網,錨桿采用φ2 2 m m,長2.0 m等強螺紋鋼樹脂錨桿,每根錨桿使用1卷CK2860樹脂錨固劑,錨桿間排距800mm×800mm,外露30～50m m。網片采用直徑為6 mm的鋼筋焊接而成,規(guī)格為1 70 0m m×1200mm,網片搭接為100mm,網與網用雙股16#鉛絲綁牢,綁絲間隔不大于300mm,網與錨桿同時布置。②打錨桿掛網結束后及時噴漿,噴漿用425號普通硅酸鹽水泥,水泥:陶粒土=1:3,速凝劑的摻入量為水泥的5%,本次噴層厚度為60～80mm。

(3)二次錨網噴:一次錨網噴巷道合格后,為提高噴漿層圍巖抗壓能力,采用二次錨噴加強支護。

①本次錨桿采用φ22mm,長2.4m等強螺紋鋼樹脂錨桿,每根錨桿使1卷CK2860樹脂錨固劑,錨桿間排距8000mm×8000mm,外露150～200mm(第三次掛網使用)。錨桿位置應與一層錨桿錯開,打在原錨桿間排距中間位置。

②金屬網:采用直徑為6mm的鋼筋焊接而成,規(guī)格為1200mm×1700mm,網片搭接為100mm,網與網用雙股16#鉛絲綁牢,綁絲間隔不大于300mm,網與錨桿同時布置。

③噴漿:本次噴漿為巷道最終成型噴漿,應按線噴漿,噴漿厚度50～80mm。巷道成型后,輪廓應平直,支護強度應合理。

(4)三次錨網:二次錨網噴結束后,在表面掛一層防腐網,網片采用直徑為6mm的鋼筋焊接而成,規(guī)格為1200mm×1700mm,網片搭接為100mm,網與網用雙股16#鉛絲綁牢,綁絲間隔不大于300mm,網片用二次錨網噴結束后外露出來的錨桿用托盤上緊。

4.2 離散注漿

(1)第一次注漿:注漿錨桿:注漿錨桿采用規(guī)格為φ22mm,長1.8m的注漿錨桿,打好的注漿錨桿以次編號,以便統(tǒng)計注漿量。底腳注漿錨桿下扎角度30°～45°,底腳錨桿孔口低于底板100mm。注漿錨桿間排距1500×1500mm,外露50～80mm。

(2)第二次注漿:采用離散技術的方法對巷道進行注漿,第一次注漿孔深2.0m,注漿后再打探眼探測圍巖整體性。如果圍巖已注成整體,第二次注漿孔3~4m深。

(3)注漿參數:①注漿材料采用普通硅酸鹽42.5(原525)#水泥。

水灰比為0.7～1:1。②對于單孔而言,為了保證合理注漿量,一是控制泵壓在圍巖內泵壓達到1.5～2.5MPa時應停止注漿;二是根據相鄰鉆孔跑漿量來定,相鄰鉆孔一旦跑漿,應及時封鄰孔或停止注漿。由于煤層及巖石破碎,單孔注漿量按0.5T/孔考慮。③注漿壓力為1.5～2.5MPa,最大注漿壓力為2.5MPa,底腳孔注漿壓力可加到2.5～3.0MPa。④為了防止注漿在弱面漿液擴散較遠,造成跑漏現象,在控制注漿壓力和注漿量的同時,必須控制注漿時間,一般為30～40分鐘。

4.3 阻斷應力

阻斷應力傳遞技術采用底腳泄壓槽。泄壓槽規(guī)格深×寬=400×400mm,如果圍巖破碎(煤層)泄壓槽規(guī)格深×寬=500×500mm。泄壓槽沿著慌斷面按照斜下45°往里布置,向外幫有400mm以上的寬度,泄壓槽挖到位后及時打錨桿掛網噴漿。

5 效果監(jiān)測

巷道刷大施工完成后,我們對8241大巷進行了布點觀測,每10米布置三個點,分別在巷頂、兩幫各一個。觀測時間為6個月,剛開始每10天觀測一次,最大每天頂板位移量為0.2mm/d,兩幫為0.1mm/d。第40天開始至6個月末巷道基本處于平穩(wěn)狀態(tài)。

6 體會

(1)采用多支護單元分布式容錯倍增構建技術。利用支護單元各自優(yōu)勢承擔存儲負荷,不但解決了傳統(tǒng)支護體系統(tǒng)中弱強互補瓶頸問題,還提高了支護體系的可靠性、可用性和擴展性。

(2)采用離散注漿技術,實施不同層次、多時段、淺深孔的注漿結構和相互關系,達到快速、高效和實用性更強的的圍巖固化支護技術。

(3)采用阻斷應力傳遞技術。針對深部高應力軟巖巷道復雜多變應力,采取多層次、多時段的阻斷技術達到支護體系均勻承栽,動態(tài)恢復工作阻力穩(wěn)定效果。有效的解決了疊加應力、非對稱應力和持續(xù)變化應力對巷道的破壞。

(4)采用多層封層,中間加鋼筋網層為筋骨的砼土層,實現具有強韌釋壓和密貼封閉圍巖體的高強度高韌度的支護層封層,為不斷提高圍巖自身強度及在圍巖中穩(wěn)定一定漿液壓力提供重要基礎,在圍巖注漿過程中穩(wěn)定一定漿液壓力,提高漿液粘結力,從而充分固化和提高圍巖自身強度。

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蔣金虎(1984— ),男,本科,礦建助理工程師 現在開灤(集團)唐山礦業(yè)分公司生產技術部工作。