動(dòng)壓底鼓巷道支護(hù)技術(shù)研究

李建偉，程紹強(qiáng)，孫 浩，劉 軍

(1.晉城煤業(yè)集團(tuán)古書院礦，山西 晉城 048000;2.華北科技學(xué)院，北京 東燕郊 101601;3.北京華安奧特科技有限公司，北京 100000)

0 前言

晉城古書院礦主采15#煤，該煤層巷道布置密度相對(duì)較高，形成了近距離巷道群，巷道圍巖穩(wěn)定性差，受擾動(dòng)后極易發(fā)生底鼓變形。由于掘動(dòng)造成圍巖內(nèi)部破碎，原有的錨桿、錨索支護(hù)已難以達(dá)到預(yù)期的支護(hù)效果，大量增加了井下重點(diǎn)工程的維護(hù)工程量，不僅影響礦井的正常生產(chǎn)，更對(duì)礦井安全造成威脅。

鑒于西二盤區(qū)變電所將服務(wù)于西二盤區(qū)回采的全過(guò)程，服務(wù)年限在5年以上，為確保礦井安全正常生產(chǎn)，必須采取有效措施對(duì)西二盤區(qū)變電所等巷道圍巖進(jìn)行加固。

1 工程概況

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)圍巖條件，古書院礦西二盤區(qū)變電所區(qū)域注漿加固底板和兩幫，先進(jìn)行注漿加固，再進(jìn)行注漿錨索施工，暫不對(duì)頂板注漿加固。加固范圍為西二盤區(qū)變電所、進(jìn)、回風(fēng)通路及回風(fēng)巷，加固巷道總長(zhǎng)度為154.2m，其中西二盤區(qū)回風(fēng)巷加固長(zhǎng)度為80 m(其中回風(fēng)通路與西二回風(fēng)大巷往左加固70 m，往右加固10 m)，回風(fēng)通路加固長(zhǎng)度為19.6 m，變電所加固長(zhǎng)度為43 m，進(jìn)風(fēng)通路加固長(zhǎng)度為11.6 m。加固范圍如圖1所示。

圖1 西二盤區(qū)變電所區(qū)域注漿范圍示意圖

2 巷道底板及側(cè)幫圍巖狀況分析

15#煤層直接頂板為 K2石灰?guī)r，厚7.54～11.38 m，抗壓強(qiáng)度53.6～212.9 MPa，抗拉強(qiáng)度2.2～6.1 MPa，抗剪強(qiáng)度5.7 ～16.0 MPa，屬堅(jiān)硬型頂板;直接底板為泥巖，平均厚度約2.75 m，其下部為本溪組的鋁土泥巖，平均厚度約4.25m，屬軟弱型，抗壓強(qiáng)度12.1～58.4 MPa，抗拉強(qiáng)度0.7～2.0 MPa，抗剪強(qiáng)度 1.9 ～6.6 MPa，吸水率為2.3%，膨脹率為0.68%，軟化系數(shù)平均0.59。巖層吸水性強(qiáng)，底板穩(wěn)定性差。

為了分析研究15#煤西二盤區(qū)變電所受采動(dòng)影響巷道圍巖變形特征，在西二盤區(qū)變電所底板及兩幫進(jìn)行了鉆孔圍巖結(jié)果窺視，窺視結(jié)果如下。

2.1 變電所距進(jìn)風(fēng)通道口10 m處底板窺視結(jié)果

西二盤區(qū)變電所距進(jìn)風(fēng)通道口10 m處底板窺視結(jié)果如圖2所示。

圖2 西二盤區(qū)變電所距進(jìn)風(fēng)通道口10 m處底板孔

窺視結(jié)果描述見表1。

表1 西二盤區(qū)變電所距進(jìn)風(fēng)通道口10 m處底板孔窺視結(jié)果描述

2.2 變電所距進(jìn)風(fēng)通道口10 m處回風(fēng)巷煤柱側(cè)幫窺視結(jié)果

西二盤區(qū)變電所距進(jìn)風(fēng)通道口10 m處回風(fēng)巷煤柱側(cè)幫窺視結(jié)果如圖3所示。

圖3 西二盤區(qū)變電所距進(jìn)風(fēng)通道口10m處回風(fēng)巷側(cè)幫

窺視結(jié)果描述見表2。

表2 西二盤區(qū)變電所距進(jìn)風(fēng)通道口10 m處回風(fēng)巷煤柱側(cè)幫窺視結(jié)果描述

續(xù)表

3 加固方案

巷道圍巖控制通?？刹扇〉姆椒òㄅ锸街Ъ苤ёo(hù)、破碎圍巖錨桿及錨索支護(hù)、注漿加固［1－2］。根據(jù)圍巖破壞變形情況，加固工程應(yīng)在恢復(fù)圍巖內(nèi)部結(jié)構(gòu)完整性基礎(chǔ)上，加強(qiáng)對(duì)巷道圍巖的主動(dòng)支護(hù)［3－7］。參考原有支護(hù)強(qiáng)度，結(jié)合大量的工程實(shí)踐，在確保工程質(zhì)量并盡量減小工程量的前提下，確定采用高壓注漿［8－9］配合高強(qiáng)錨索支護(hù)的綜合加固方案。

3.1 底板注漿與錨索支護(hù)

二盤區(qū)回風(fēng)巷和西二盤區(qū)變電所硐室設(shè)計(jì)寬度為4.7 m，設(shè)計(jì)高度為2.6 m，因巷道發(fā)生變形，在施工之前，須對(duì)巷道高度不夠的部位進(jìn)行起底。

二盤區(qū)回風(fēng)巷和西二盤區(qū)變電所硐室底板注漿錨索孔布置如圖4所示。錨索注漿各項(xiàng)參數(shù)及材料規(guī)格見表3。

圖4 二盤區(qū)回風(fēng)巷和西二盤區(qū)變電所硐室底板注漿錨索孔布置如圖(mm)

圖4中，(1)地質(zhì)鉆機(jī)打孔，注漿錨索鉆孔孔深8000mm，下設(shè)直徑為17.8mm的高強(qiáng)錨索。(2)底板錨索注漿鉆孔呈矩形布置，排距2000mm，每排3根錨索，間距1800mm，兩側(cè)注漿錨索孔距巷幫的距離為550mm。

表3 錨索注漿參數(shù)及規(guī)格表

3.2 巷道兩幫加固方案

3.2.1 注漿孔布置

淺部注漿鉆孔沿巷道斷面幫頂成排布置，相鄰兩排注漿鉆孔五花眼［10］布置，注漿孔排距全部3000 mm，間距1100 mm;深部注漿鉆孔沿巷道斷面幫頂成排布置，相鄰兩排注漿鉆孔五花眼布置，注漿孔排距全部3000 mm，間距1100 mm，注漿孔布置如圖5。

圖5 巷道兩幫注漿布置圖

3.2.2 注漿孔參數(shù)

注漿孔各項(xiàng)參數(shù)見表4。

表4 巷道兩幫注漿鉆孔參數(shù)表

4 效果分析

為驗(yàn)證高預(yù)應(yīng)力錨索、注漿聯(lián)合支護(hù)的效果，在試驗(yàn)巷道共安裝5個(gè)綜合測(cè)站對(duì)巷道圍巖進(jìn)行巷道表面位移監(jiān)測(cè)，測(cè)站布置如圖6所示。

巷道表面位移監(jiān)測(cè)曲線(圖7)表明:

1)巷道表面位移中頂?shù)装逡平孔畲鬄?0 mm，兩幫移近量最大為34 mm，底鼓量最大為37 mm，巷道變形量總體很小;

2)巷道變形以頂?shù)装遄冃螢橹?，兩幫變形次之，其中底鼓為主要變形，底鼓約為頂?shù)装蹇傋冃瘟康?0%;

3)巷道變形量均不大，在控制范圍之內(nèi)，說(shuō)明注漿、錨索支護(hù)系統(tǒng)有效控制了巷道的圍巖變形，特別是在動(dòng)壓影響破碎巷道支護(hù)中起到了很好的作用。

5 結(jié)論

實(shí)踐證明，高預(yù)應(yīng)力錨索、注漿聯(lián)合支護(hù)可有效控制巷道圍巖變形，顯著提高圍巖的完整性和穩(wěn)定性，有效控制圍巖的有害變形，是動(dòng)壓底鼓巷道安全、有效和經(jīng)濟(jì)的支護(hù)方式。

技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益分析表明，雖然采用高預(yù)應(yīng)力錨索、注漿聯(lián)合支護(hù)系統(tǒng)支護(hù)成本比普通錨桿錨索支護(hù)系統(tǒng)略有增加，但是其支護(hù)效果好，維護(hù)量小，顯著提高了采掘效率，具有一定的推廣及應(yīng)用價(jià)值。

圖6 巷道表面位移監(jiān)測(cè)站布置圖

圖7 巷道表面位移監(jiān)測(cè)曲線

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