大埋深軟巖煤矸倉防水支護設計

蘇康 白長江 桑勝濤

（山東能源新礦集團華豐煤礦，山東泰安 271413）

大埋深軟巖煤矸倉防水支護設計

蘇康 白長江 桑勝濤

（山東能源新礦集團華豐煤礦，山東泰安 271413）

華豐煤礦是一個具有上百年開采歷史的礦井，目前最大開采深度已達1100米，巷道圍巖在高應力的作用下進入軟巖狀態(tài)，隨之出現(xiàn)了大地壓、大變形、難以支護的特點，尤其是矸石（煤）倉的變形量嚴重，采用常規(guī)澆筑鋼筋混凝土的支護形式已難以控制巷道圍巖的移進，也不能滿足安全生產的需要。盡管施行了遠截近注施工方法取得的一定效果，但是不能從根本上杜絕滲水的威脅，通過實施了“雙層支護，內堵外放”技術，既減少了煤（矸石）倉重復施工帶來的危險系數(shù)，又達到了安全生產提高工效的預期目標。

軟巖 注漿防水 遠截近注 雙層支護 內堵外放

1 概述

華豐煤礦由于受地應力及采動壓力的影響，圍巖裂隙逐漸增大、矸煤倉倉壁損壞，始終受滲透水的威脅，盡管施行了遠截近注（對倉壁外進行注漿防水）施工方法取得的一定效果，但是不能從根本上杜絕滲水的威脅。并且受回采工作面采動壓力的影響，倉壁出現(xiàn)裂隙，滲水接連不斷，滲水量達0.05m3/min～0.1m3/min，矸石倉儲矸石時糊倉，矸石不能下放，需放炮才能處理。不僅影響生產還帶來安全隱患。為保證礦井的正常接續(xù)，通過全面的理論分析、現(xiàn)場測試、數(shù)值對比等研究工作，實施了“雙層支護，內堵外放”技術，既減少了煤（矸石）倉重復施工帶來的危險系數(shù)，又達到了安全生產提高工效的預期目標。

圖11-圍巖位移曲線；2—支架工作特性曲線； 3—圍巖松動破壞后的位移曲線；

2 項目設施

以矸石倉為例，根據(jù)矸石倉防水支護的實際情況，矸石倉施工可分三個步驟實施。

第一步實施矸石倉外層支護：分錨網噴一次支護和二次支護，最后錨梁噴加強支護。第二步下倉口硐室的支護。第三步矸石倉內壁鋼筋混凝土澆注支護。

2.1 矸石倉外層支護方式

（1）支護方式：采用噴錨噴、錨網噴作永久支護錨噴棚加強支護，錨桿間排距1000mm，支護材料為螺紋鋼高強錨桿，錨桿規(guī)格為φ22 ×2400mm，用于加長錨的樹脂錨固劑應符合煤炭行業(yè)標準MT219-90。噴射C20混凝土（水泥、石子、砂子），噴體厚度250mm，其中一次噴厚150mm，二次噴厚50mm，錨棚后噴厚為50mm。（2）噴錨噴作一次支護，一次支護距迎頭不大于1.3m，初凝20分鐘后在砼臨時支護下進行一次支護，按1000×1000mm 間排距打錨桿，全斷面掛5000 ×1000的10#冷拔鋼金屬經緯網，用錨盤壓緊金屬網使其緊貼巖面，然后噴漿蓋網，錨桿外露長度30～70mm。（3）錨網噴作二次支護以第一次支護時栓出的鐵絲為標志，按1000×1000mm 間排距打錨桿。并使之與第一次的支護錨桿呈菱形布置。安裝二次錨桿時全斷面掛菱形網并用托盤將網壓緊。網與網之間用串簧連接，然后噴漿蓋網，二次噴漿厚度為50mm。（4）錨棚梁加強支護，U棚為10節(jié)全封閉圓弧型U 2 9可縮支架，搭接長度不少于5 0 0 m m，U棚距中～中為1000mm，并用錨桿全錨固固定。噴厚不少于50mm漿體封閉，棚后部分噴實。棚梁與棚梁搭接段用兩副標準U型卡纜固定。搭接段和中間用兩根錨桿和一個U型卡錨固，錨桿采用φ20×2500mm全螺紋鋼等強錨桿，每根錨桿配8塊水泥藥卷全長錨固。

2.2 矸石倉下口永久支護方式

（1）矸石倉下部縮口的基座（即皮帶井頂板加固）密排I20普通礦用工字鋼加固處理，工字鋼要縱橫排兩排，作為皮帶井平頂施工的再生頂板骨架。澆注鋼筋砼支護，砼厚度500m。并在配筋外側隨煤倉下縮口規(guī)格鋪設18kg/m鋼軌，增強下縮口的支護強度，保護煤倉下縮口。（2）給矸機處皮帶井澆注鋼筋碹支護，砼厚度500mm。

2.3 矸石倉內層支護方式

2.3.1 矸石倉內外壁間距的設計

根據(jù)彈性理論軸對稱平面變形問題分析方法及塑形區(qū)內巖石體積不變的條件，可求得支架反力P與巷道圍巖位移Ua的關系式為：

式中：r=巷道半徑，Q0=原巖應力，C 、x、G ----圍巖的內聚力，內摩擦角及剪切模量。當式中的其他條件不變時，巷道周邊位移與支架反力P成反比關系。

ABC-支架可能的工作點；Pmax、PMIM—支架承受的最大承載力和最小承載力；△Umax—允許圍巖最大位移量

2.3.2 矸石倉內壁永久支護

（1）矸石倉內壁澆筑前必須在倉外壁上按800×1000間排距打錨桿。錨桿外露長度為300～400，錨桿起到懸吊內壁及加固內壁緩沖外力的作用。（2）由矸石倉下縮口平頂開始由下向上施工，每循環(huán)澆筑一胎。每胎長度不超過1m。（3）先幫扎鋼筋骨架，然后支設碹拱胎澆注。檢查合格后，方可下料進行澆注施工。矸石倉直壁鋼筋骨架必須垂直底板，煤倉下口骨架斷面必須與巷道軸線垂直，扭矩不大于50mm。 鋼筋的縱橫龍骨和縱橫輔助筋必須程“十”交叉勾結，交點必須用雙股14#鐵絲綁扎牢固；縱橫筋間距必須均勻。（4）鋼筋接頭處搭接長度不小于其直徑的30倍， 各個鋼筋接頭必須錯開布置，任一截面有接頭的受力鋼筋不得超過鋼筋總量的25%。（5）碹胎拱板采用30mm厚的優(yōu)質新木板加工，碹拱支架分別采用不同規(guī)格的優(yōu)質新紅松方木：規(guī)格分別為：100×100mm；80×80mm；50×50mm。澆注砼的支撐架必須呈三角形支設，保證穩(wěn)固、安全可靠。碹胎長度為1.0m，每次澆筑一個碹胎，澆筑過程中每澆注500mm長或厚采用電動振動棒振動一次，保證振動注實，嚴禁有空洞、蜂窩。

3 結語

矸石（煤）倉防水支護技術，為華豐煤礦滲水區(qū)矸石倉的施工總結了一整套成功經驗，避免矸石倉滲水，減少了筒倉這一環(huán)節(jié)，技術上先進，經濟上合理，同時也總結出一整套適合矸石倉施工的技術，保證了矸石倉施工安全，具有推廣應用價值。通過矸石倉的施工，我們對矸石倉的支護形式進行了一些探索，既考慮了矸石倉受壓后的縮進，又考慮了矸石倉滲水問題，使矸石倉施工有了很大的演變和發(fā)展，為同類礦井矸石倉的施工開拓了新的思路，積累了寶貴經驗。