高地壓巷道圍巖加固支護(hù)技術(shù)研究

2014-03-22 01:21:32劉鵬程

采礦技術(shù) 2014年3期

劉鵬程

(內(nèi)蒙古煤礦設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司, 內(nèi)蒙古呼和浩特 010010)

0 引言

巷道圍巖的工程性質(zhì)好壞直接影響巷道支護(hù)的難易和巷道工程的穩(wěn)定性，有些巷道由于礦井開(kāi)采需要不得不布置在受斷層影響帶內(nèi)或圍巖地質(zhì)條件不良的區(qū)域，而此類(lèi)區(qū)域圍巖內(nèi)積聚了巨大的彈性能或者圍巖松散破碎，巷道的開(kāi)挖導(dǎo)致彈性能的釋放，巷道變形顯現(xiàn)出明顯的大變形特征，圍巖的變形不再是幾十毫米的小變形，而是幾百甚至上千毫米的大變形[1-3]。圍巖的劇烈變形不僅發(fā)生在掘進(jìn)影響的短期內(nèi)，而且會(huì)持續(xù)更長(zhǎng)時(shí)間，巷道不再有最終變形的穩(wěn)定期，而是會(huì)始終處于變形和不穩(wěn)定的變化之中[4-5]，造成巷道每隔一兩年或更短周期就需返修一次，嚴(yán)重影響煤礦的安全高效開(kāi)采。

安徽某礦二水平北翼總回風(fēng)巷上部聯(lián)巷位于該礦井二水平Ⅱ62軌道下山附近，巷道圍巖地質(zhì)條件差，圍巖大部分是泥巖、粉砂巖、煤層及煤線，同時(shí)巷道還位于孟口斷層帶影響范圍內(nèi)。孟口斷層為井田內(nèi)一大型逆斷層，斷層落差高達(dá)40 m，其上、下盤(pán)斷層帶累計(jì)寬度達(dá)到150 m左右，斷層帶內(nèi)發(fā)育有大量小斷層。斷層帶內(nèi)的構(gòu)造應(yīng)力較高，巷道圍巖裂隙極為發(fā)育。除此之外，巷道還受到采動(dòng)集中應(yīng)力作用影響，位于6煤層各工作面回采后所形成的半徑為25～100 m不等的遺留煤柱的孤島內(nèi)。

1 巷道鉆孔窺視

為了解圍巖內(nèi)部裂隙發(fā)育規(guī)律，利用鉆孔探測(cè)儀對(duì)巷道頂板及兩幫圍巖內(nèi)部破壞情況進(jìn)行了探測(cè)分析，可以為分析巷道目前穩(wěn)定狀況提供依據(jù)。

圖1 巷幫鉆孔探測(cè)成像

圖2 頂板鉆孔探測(cè)成像

圖1、圖2探測(cè)結(jié)果表明，受斷層影響，巷道圍巖裂隙極為發(fā)育，圍巖破碎，給巷道錨梁網(wǎng)支護(hù)帶來(lái)不利影響。巷幫1.4 m深度范圍內(nèi)，巖體被節(jié)理切割成碎塊，巖體破碎，1.4～4 m深度范圍內(nèi)圍巖狀況整體較好，未發(fā)現(xiàn)明顯裂隙；頂板0～1.4 m巖性裂隙較為發(fā)育，巖性軟，但成孔較好，1.4～5.5 m裂隙極為發(fā)育，巖體被多個(gè)方向的節(jié)理切割成小塊體，部分形成較大孔洞，錨桿、錨索錨固在此類(lèi)巖體中，錨固效果將大大降低，影響巷道支護(hù)安全。施工時(shí)應(yīng)盡量加長(zhǎng)錨索的長(zhǎng)度及錨固長(zhǎng)度，使之深入到穩(wěn)定巖層中，保證錨索懸吊可靠[6]；其次采用錨注綜合加固方法將破碎或軟弱的巖體膠結(jié)在一起，提高圍巖自穩(wěn)能力[7]。

2 巷道支護(hù)方案

設(shè)計(jì)巷道斷面為直墻半圓拱形，掘進(jìn)巷寬4300 mm，巷高3450 mm，掘進(jìn)斷面積12.85 m2；巷道凈寬4200 mm，凈高3400 mm，凈斷面積12.38 m2。巷道掘進(jìn)采用鉆爆法施工，全斷面光面爆破掘進(jìn)，采用錨梁索噴支護(hù)(見(jiàn)圖3)。

(1)頂板組合式拉力分散型樹(shù)脂與注漿全長(zhǎng)錨固錨索支護(hù)。采用18#槽鋼梁作為組合梁，顯著提高鋼梁的抗彎性能，防止在頂板壓力作用下超過(guò)梁的許用應(yīng)力而彎曲屈服，造成錨索間巖體壓力卸載；采用改進(jìn)的錨索注漿方式，在不改變現(xiàn)有錨索錨固結(jié)構(gòu)的同時(shí)，利用自行設(shè)計(jì)的新型注漿結(jié)構(gòu)在自由段注漿，使錨索由端錨變?yōu)槿L(zhǎng)錨固，由拉力集中型變?yōu)槔Ψ稚⑿?，顯著提高錨索強(qiáng)度利用率和防腐性能。

(2)底板注漿全長(zhǎng)錨固錨索配合鋼筋混凝土底梁支護(hù)。巷道圍巖是一個(gè)有機(jī)整體，底板支護(hù)必須同頂板、巷幫一樣給予足夠重視，否則巷道圍巖應(yīng)力以底板為突破口卸載，進(jìn)而造成巷道的失穩(wěn)。采用鋼筋混凝土底梁配合注漿錨索綜合加固支護(hù)技術(shù)，收集并使表面圍巖變形壓力通過(guò)錨索轉(zhuǎn)移至深部，降低底板破壞程度。鋼筋混凝土底梁鋪設(shè)在巷道底板下面500 mm處，在巷道現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行澆制。組合錨索按正交布置，底板錨索間排距為2000 mm×1200 mm，鋼筋龍骨縱筋為Φ18 mm、箍筋為Φ14 mm，扎制截面為200 mm×240 mm。鋼筋混凝土底梁截面：寬×高=400 mm×300 mm?；炷翉?qiáng)度不低于C30。底板錨索穿過(guò)底梁錨入底板，每排安裝2根錨索，規(guī)格為Φ18 mm×6500 mm，錨索孔徑為Φ40 mm，孔深為6000 mm；錨索錨固材料配比為：水灰比0.38；水泥為93%，膨脹劑為7%；減水劑為0.6%?；疑氨葹?∶0.8。

錨梁索噴支護(hù)體系由四部分組成：

第一部分是金屬網(wǎng)背護(hù)。巷道掘進(jìn)成形后，鋪設(shè)金屬網(wǎng)。采用Φ6 mm鋼筋焊接的、孔徑不大于Φ40 mm的鋼筋背板背護(hù)圍巖表面。

第二部分是錨桿支護(hù)。采用鋼帶配合錨桿進(jìn)行錨桿支護(hù)，錨桿規(guī)格為Φ20 mm×2400 mm，錨桿間排距為850 mm×800 mm。錨固長(zhǎng)度不短于1000 mm，錨桿孔徑為Φ28 mm；鋼帶規(guī)格為3000 mm×280 mm×5 mm。鋼帶沿頂板橫向鋪設(shè)，相鄰鋼帶相互搭茬，并壓緊金屬網(wǎng)或鋼筋背板，錨桿垂直圍巖表面錨固。

第三部分是圍巖表面噴漿。錨桿支護(hù)施工完成后，對(duì)巷道表面噴射混凝土砂漿。砂漿標(biāo)號(hào)C30，噴層厚度為50 mm，噴漿后的巷道圍巖表面應(yīng)當(dāng)平整，斷面形狀符合巷道斷面設(shè)計(jì)要求。

圖3 巷道錨梁索支護(hù)技術(shù)方案

第四部分是組合式拉力分散型全長(zhǎng)錨固錨索支護(hù)。組合式拉力分散型全長(zhǎng)錨固錨索由錨索與18#槽鋼梁及讓壓錨索墊板組成。組合錨索沿巷道走向布置，錨索間排距為1100 mm×1400 mm。槽鋼梁沿巷道走向布置，壓住錨桿、鋼帶。沿巷道中、上部周向共布置5排錨索組合梁，相互錯(cuò)茬布置。槽鋼梁長(zhǎng)3200 mm，一梁三索布置。鋼絞線規(guī)格為Φ18 mm×8000 mm，錨索采用樹(shù)脂和水泥漿混合全長(zhǎng)錨固。靠近孔底部分采用樹(shù)脂錨固劑錨固，錨固長(zhǎng)度為2000 mm；靠近孔口的其余部分采用水泥砂漿錨固。

3 巷道圍巖控制效果

為分析巷道掘進(jìn)期間的變形規(guī)律，在測(cè)點(diǎn)布置上選擇具有代表性區(qū)域設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)，觀測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖4。礦山自行設(shè)計(jì)支護(hù)段支護(hù)采用單體錨桿初次支護(hù)，采用單體錨索二次補(bǔ)強(qiáng)，錨索長(zhǎng)度6 m，未注漿。

各測(cè)站位移觀測(cè)結(jié)果表明，在圍巖壓力轉(zhuǎn)移支護(hù)技術(shù)試驗(yàn)段，采用組合式拉力分散型樹(shù)脂與注漿全長(zhǎng)錨固錨索支護(hù)，有效防止了錨索間巖體壓力卸載，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了深孔注漿與錨索的全長(zhǎng)錨固。在監(jiān)測(cè)的280余天內(nèi)，巷道兩幫移近量約25 mm，頂?shù)装逡平考s39 mm，基本無(wú)明顯變形，控制效果良好；礦山自行設(shè)計(jì)支護(hù)段，共監(jiān)測(cè)300余天，期間巷道兩幫總移近量為161 mm，頂?shù)装蹇傄平繛?20 mm，變形量較大，后期采用壓力轉(zhuǎn)移支護(hù)技術(shù)補(bǔ)強(qiáng)，巷道維護(hù)效果明顯好轉(zhuǎn)，變形速度得到控制。

圖4 巷道圍巖監(jiān)測(cè)曲線

4 結(jié) 論

(1) 采用鉆孔窺視方法，探明了巷道圍巖頂板及兩幫破壞情況，給錨索支護(hù)參數(shù)提供了參考。錨索的錨固段必須位于破碎帶之外，使錨索生根于穩(wěn)定巖層，保證錨索錨固可靠是保證本試驗(yàn)巷道支護(hù)效果的決定性因素。

(2) 提出了鋼筋混凝土底梁配合注漿錨索綜合加固底板的支護(hù)技術(shù)，收集并使表面圍巖變形壓力通過(guò)錨索轉(zhuǎn)移至深部，降低底板破壞程度，防止圍巖應(yīng)力以底板為突破口進(jìn)行卸載，進(jìn)而引起巷道的整體失穩(wěn)。

(3) 通過(guò)研究總結(jié)出了高地壓軟巖巷道支護(hù)成功的三個(gè)重要途徑：一是支護(hù)體必須能夠有效收集巷道表面壓力，阻止圍巖壓力的卸載；二是錨索錨固深度必須位于巷道的塑性區(qū)范圍之外，保證錨索錨固可靠，使圍巖表面壓力轉(zhuǎn)移到深部；三是錨注聯(lián)合支護(hù)，實(shí)現(xiàn)錨索控制范圍大、承載力大、主動(dòng)支護(hù)的優(yōu)勢(shì)與注漿提高圍巖自穩(wěn)能力的有效結(jié)合。

參考文獻(xiàn)：

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