朱仙庄矿高地应力软岩巷道支护技术初探

朱仙庄矿高地应力软岩巷道支护技术初探

摘要:高地应力软岩巷道维护一直是各个煤矿巷道支护的难题,随着矿井开采深度的增加,围岩变形量不断增大,严重影响了矿井通风、运输及工作人员的安全。其维护需要大量的人力、物力和时间,在巷道围岩变形量较大的地方会被迫导致停产,给矿井高效生产带来了严重的障碍。论文通过对准北矿区宿东煤田朱仙庄煤矿高地应力软岩巷道支护的实践,摸索出适应本地区的复杂条件下支护选型问题,为类似条件煤田开采巷道支护选型提供了借鉴。

关键词:高地应力软岩支护技术二次支护

随着开采深度的增加,巷道受高地应力作用的影响,围岩变形量逐渐增大,而且软岩巷道由于流变性突出,在开挖阶段就会出现明显蠕变现象,并且会在较长的时间内处于不稳定状态,使维护更加困难。随着锚杆支护的广泛使用,在高地应力软岩巷道支护过程中主要产生了两个问题:(1)支护强度过大,浪费了大量的人力和材料,使资金得不到充分的使用;(2)支护强度低,支护技术得不到充分的发挥,使得巷道在较短的时间内就需要维修,同样浪费人力和物力,在围岩变形量较大的巷道,甚至会被迫停产,给矿井的高产高效带来了严p二水平轨道大巷净宽×净高＝4．7m×4．1m,掘进断面18．8m2,净断面17．1m2,由南向北8.5％下坡,标高为－679.294m⊥～-687.155m⊥,巷道总工程量897m,该工程主要为后期二水平和三水平辅助运输服务。巷道围岩为泥岩、砂泥岩、粉砂岩、细砂岩等,巷道局部地段过断层。

2 巷道维护特点

(1)需要维护的巷道所穿岩层层位多,岩层变化频繁,岩体强度低,裂隙较发育,围岩完整性和总体稳定性差;(2)巷道埋藏深度大,所受地应力较大,并且部分地段后期将受到采动影响;(3)该大巷是为二水平和三水平服务的主要巷道,服务年限较长,对变形量及变形速度控制要求高;(4)由于巷道跨度大、高度大,施工控顶难度大,打眼等工序操作相对困难,对施工队伍的操作水平、施工质量和现场的管理水平等要求相应较高。

3 支护选型原则

为适应巷道难维护的特点,应优先选择具有如下特点的支护形式。

(1)直接作用于周边浅部围岩,针对巷道围岩的破坏特点、强度弱化的原因及时有效地采取加固措施。(2)在巷道围岩的变形过程中,应用维护技术应在不同阶段分别采取“护”、“让”、“支”、“限”的技术,以适应围岩的变形特征,并最大限度地利用围岩的自承能力,控制围岩变形,实现围岩稳定。(3)主动加固并直接改善围岩破裂体力学性能,以最大限度地提高围岩的承载能力,促使围岩形成整体结构。(4)由于构造应力的方向性、岩体赋存的不均匀性和分层性,巷道周围会出现一些薄弱部位,应及时采取主动支护手段,有效地强化这些关键部位。

该工程支护设计以中国矿业大学支护设计为依据,即以动态分步加固、过程控制的软岩巷道综合控制思想,结合巷道维护困难的特点、支护选型原则,支护方案采用分段支护的思想,因地制宜,以锚网索喷主动支护为主,多种支护方式并用,既保证巷道支护的稳定可靠,又兼顾经济合理适应快速掘进的需要。

4 支护形式及支护参数

根据巷道围岩赋存情况,将二水平轨道大巷围岩稳定性分为三种区域,分别采取不同的支护形式,支护形式及参数设计方法为工程类比结合经验的综合设计法。

(1)围岩完整,稳定性高区域(即岩层完整性好,开挖后不立即支护也能保持完整,没有明显破裂和变形),采用锚网喷+锚索+注浆支护。支护参数如下:①采用GM22/2800－490高强左旋无纵筋螺纹钢锚杆,锚杆配套托盘采用TPF－200×200/10mm托盘,锚杆采用矩形布置,间排距为700mm×700mm;每根锚杆采用2卷树脂药卷锚固,螺母扭矩≥300Nm,初锚力≥80kN。②钢筋网采用Ф6mm冷拔电弧焊钢筋网,网孔为100mm×100mm,钢筋网搭接100mm,钢筋网搭接处均用10#铁丝联接,间距200mm。③锚索规格为YMS 17．8/5．3-1860钢绞线,间排距为1600mm×1600mm,每根锚索使用1卷K2550和2卷Z2550树脂药卷锚固,锚固强度≥120kN。锚索托盘:采用1块TPF-200×200/10mm

托盘配合1块TPF-400×400mm/10mm大托盘组合使用,以加强支护。

④潮式拌料喷浆,水泥∶黄沙∶石子∶速凝剂=1∶2∶2∶0.04,水泥P．S 32．5级中粗黄砂,碎石为Ф5～15mm,J85型速凝剂,喷厚150mm,强度C20。

适时注浆加固帮、顶注浆锚杆规格Ф20×2000mm(利用钢管加工),全面断矩形布置,间、排距2000mm×2000mm。底板采用Ф25mm×2000mm左旋全螺纹中空注浆锚杆,间、排距1400mm×1600mm。

注浆一般滞后迎头小于100m,注浆要求如下:采用水泥浆,注浆水灰比为1∶1,注浆压力1MPa～2MPa。封孔采用快速水泥卷,封孔长度500mm,注浆压力和水灰比根据实际注浆情况实时调整。

注浆顺序是由低向高,先底后巷道两帮对称向顶部逐孔注浆,注浆量以不大量跑浆为准。对注浆孔进行编号,施工队负责记录每个孔各项注浆参数。注后及时打探测孔观察对注浆效果进行检验以确认是否进行复注,并根据现场注浆情况及时调整布置及注浆参数。

支护工艺流程:初喷→顶锚杆网、顶锚索→帮部锚杆网支护→复喷成巷→底、帮、顶注浆。

(2)围岩稳定程度中等区域(即顶板岩层块状胶结程度较高,开挖后自稳能力强,但岩层节理较发育,易出现预生裂隙),采用锚网喷+锚索+注浆支护。此支护形式分两次支护,一次支护采用锚网+顶锚索+喷砼

复合支护,二次支护采用采用锚杆+滞后帮锚索,滞后一次支护步距40m～80m。支护参数如下:

一次支护:锚网+顶锚索+喷砼

采用GM22/2400－490高强左旋无纵筋螺纹钢锚杆,锚杆采用矩形布置,间排距为800×800mm,其它参数同(1)①、②、③、④。

一次支护后及时设观测点观测巷道受力变形情况,为二次支护提拱依据。

二次支护:采用锚杆+滞后帮锚索,滞后一次支护步距40m～80m。

采用GM 22/2800－490高强左旋无纵筋螺纹钢锚杆,二次支护锚杆穿插于一次支护锚杆中间,呈五花矩形布置,间排距为800mm×800mm;每根锚杆采用2卷树脂药卷锚固,螺母扭矩≥300Nm,初锚力≥80kN;滞后帮锚索规格为YMS 17．8/6．3-1860钢绞线,帮锚索滞后于二次锚杆20m～40m,与一次支护顶锚索形成全断面矩形布置,间排距为1600mm×1600mm,帮底锚索仰角取5°,距底板不大于500mm,锚索安装要求同(1)③。支护布置平面展开如图1。

二次支护后设观测点观测巷道受力变形情况,为适时注浆提拱依据。

适时注浆加固帮、顶注浆锚杆规格Φ20×2000mm(利用钢管加工),一般滞后于二次支护后或穿叉于二次支护之间打设,全面断矩形布置,