深部大断面硐室高强稳定型支护技术

周茂春,周学斌,王多春

(淮北矿业集团桃园煤矿,安徽宿州 234116)

深部大断面硐室高强稳定型支护技术

周茂春,周学斌,王多春

(淮北矿业集团桃园煤矿,安徽宿州 234116)

通过对深部大断面硐室支护状况及目前存在的问题分析,结合淮北矿区桃园煤矿大断面硐室实际情况,提出高强稳定型支护技术设计,最后,通过现场监测分析,检验高强稳定型支护应用效果。

深部;大断面;高强稳定型;支护

Application of High-strength and Stable Supporting Technology in Deep Chamber with Large Section

随着矿井向深部开采,高应力软岩巷道支护问题日益突出,特别是深部大断面软岩硐室的支护,如果不能有效解决,不仅造成硐室的维护难度大、费用高,而且直接影响矿井安全生产。桃园煤矿二水平泵房和变电所初始支护设计为一次高强锚网支护,再采用二次锚网联合支护方式,但上述硐室掘出不到 1a,就产生了变形和破坏。为改善支护状况,该矿在二水平主要硐室进行高强稳定型支护技术应用研究。

1 高强稳定型支护技术方案

1.1 支护方案

在原锚网喷支护基础上,针对支护承载结构的薄弱部位采用带梁锚索,对两次锚网支护形成的承载结构进行结构补偿,提高支护 -围岩承载结构的稳定性,保证泵房、变电所及其通道长期稳定。

泵房、变电所及其通道都是永久硐室,大型设备多,控制底鼓很关键。因此,泵房和变电所及其通道都需要采用高强稳定型控底措施。但因泵房有很深的设备基础,泵房底板支护与变电所底板支护有所不同,泵房底板永久支护的重点是控制泵基础的隆起,特别是避免泵基础的不均匀隆起。因此,泵房底板永久支护应围绕泵的基础进行支护,同时考虑泵房底板整体的稳定性。泵房和变电所及其通道底板永久支护总的技术思路是在采用高强锚网支护的基础上,采用带梁锚索进行结构补偿。

高强稳定型支护技术的主要施工工艺为:掘巷→一次高强锚网支护→喷浆→注浆→二次高强锚网支护 (滞后一次支护一个月)、安装结构补偿锚索进行结构补偿→喷浆→施工底板支护。

1.2 主要技术参数

基于永久支护的技术思路,在确定两次锚网支护承载结构合理补偿位置的基础上,提出永久支护方案。以泵房为例,泵房断面为直墙半圆拱形,墙高 3050mm,宽 6600mm。

1.2.1 支护断面 A支护参数

永久支护锚杆采用 G M22/3500mm高强螺纹钢树脂锚杆,每孔均采用 3节 Z2550中速树脂药卷加长锚固,预紧力不小于 300N·m,锚固力不小于80kN。永久支护的锚杆之间沿巷道轴向用钢带连成排,钢带采用 GDM200/4.0型。拱部锚杆与锚索、锚杆与锚杆相互间距 800mm。

永久支护钢筋网规格:2200mm×800mm,网与网间采用自连方式,其他参数与一次支护相同。

1.2.2 结构补偿断面B支护参数

帮顶采用 φ17.8mm×7000mm的锚索 (材质为1860钢绞线)、1支 K2550和 2支 Z2550树脂药卷、18号槽钢、槽钢内采用 120mm×120mm×10mm规格平托盘,点锚索采用 200mm×200mm×10mm鼓型托盘,锁芯为两半的锁具。其他支护参数与支护断面A的锚网参数相同。

断面 A和断面 B交替布置,间距 1600mm。

1.2.3 泵房基础支护参数

泵基础下方采用 φ17.8mm×5000mm锚索,其他地方采用 φ17.8mm ×7000mm锚索 (材质 1860钢绞线)、每根锚索采用 1支 K2550和 2支 Z2550树脂药卷。泵基础帮部锚杆采用 G M24/2200mm高强预应力螺纹钢树脂锚杆,每孔均采用 2节 Z2550中速树脂药卷,泵房底板锚杆采用 G M24/3500mm高强预应力螺纹钢树脂锚杆,每孔均采用 3节 Z2550中速树脂药卷加长锚固,预紧力不小于 300N·m,锚固力不小于 80kN,锚杆托盘采用 200mm×200mm×10mm鼓型托板。泵房支护如图 1。

图 1 泵房支护

1.2.4 注浆参数

注浆锚杆采用 12.7mm中空螺纹钢管,长度为1600mm,布置如图 2。注浆材料采用 42.5普通硅酸盐水泥加水玻璃浆液,水玻璃浓度 45B′e,用量为水泥重量的 3%～5%。浆液水灰比为 0.7∶1～1∶1,浆液配合比如表 1所示。

图 2 泵房注浆锚杆布置

巷道围岩注浆效果的控制程度取决于施工队的经验及技术熟练程度。必须根据测得的注浆压力和浆液流速来选择注浆的顺序、是否变更或终止注浆过程。从成本最低的观点来看,在注浆过程中,进行有效地监测是十分必要的。当前,在注浆实践中进行监测的内容包括:注浆压力随时间的变化;注浆速度及注浆量的大小。

表 1 水泥水玻璃浆液配制

注浆压力根据以往经验,顶板及底角最大注浆压力 3.0MPa,两帮最大注浆压力为 2.0MPa。

2 支护效果监测与分析

为了检验变电所和泵房的支护效果,在变电所和泵房各自设置了 1个位移观测站,采用十字布点法建立表面位移监测站,监测巷道围岩变形量;同时为监测锚索在控制围岩变形过程中的工作状况,在变电所设置一个完整的锚索受力监测断面。

通过 3个月的观测,变电所两帮未有明显变形,总变形量在 18mm左右,泵房两帮变形总量约为 27mm;变电所变形平均速率在 0.2mm/d,泵房变形平均速率在 0.3mm/d;泵房、变电所顶底板相对位移量均在 10mm左右。由图 3可以看出,采用新型支护技术后,巷道两帮位移在 40d左右基本处于稳定,围岩总变形量不大,围岩移动变形得到有效控制。

图 3 泵房、变电所测站围岩表面位移量

如图 4所示为变电所补偿锚索受力观测情况,锚索的受力与巷道围岩的变形有密切联系。从图中可以看出,采用该支护方案后的支护初期,帮部巷道围岩变形量较小,此时锚索受力较小;当帮部围岩变形量达到一定程度后,锚索的受力急剧增大,但是此时巷道围岩的变形量未发生明显变化,因为结构补偿锚索为锚网与围岩共同形成的支护承载结构瞬间提供较高的支护阻力,有效控制了巷道围岩的进一步变形,锚索对帮部锚网支护承载结构发挥了很好的补偿效果。从图中还可以看出,相对于帮部锚索的受力,拱部锚索受力始终较小,说明对于直墙半圆拱巷道,锚网形成的支护承载结构拱部的承载能力较高。通过上面的分析可知,锚网支护形成的支护承载结构不同部位的承载能力大小各异,采用补偿锚索对支护承载结构承载能力相对薄弱的部位进行结构补偿,提高薄弱部位支护承载结构的承载能力,平衡支护承载结构各部位的承载能力,达到提升支护承载结构的整体承载能力,防止支护承载结构产生结构性失稳破坏,作用效果显著。

3 结束语

采用底板高强稳定型支护技术后,支护效果非常明显,经过半年的长期观测,变电所及泵房非基础部分底板未发生底鼓现象,而与桃园矿泵房变电所相邻的大巷底鼓现象比较严重;泵房基础采用带梁锚索进行结构补偿支护后,未发生变形,支护效果很好。成功解决了桃园矿二水平埋深 850m深井大断面软岩硐室支护难题,且巷道支护状况良好,保证了桃园矿二水平深部开采水平的正常开拓,保障了桃园二水平深井正常、安全和高效开采。

图 4 变电所测站补偿锚索受力

桃园矿深井软岩大断面巷道支护的成功试验,为解决矿区类似地质条件下深井软岩巷道的支护难题,采用科学合理且有效的支护技术提供了参考。

[1]侯朝炯,郭励生,勾攀峰,等 .煤巷锚杆支护 [M].徐州:中国矿业大学出版社,1999.

[2]李明远,王连国,易恭猷,等 .软岩巷道锚注支护理论与实践 [M].北京:煤炭工业出版社,2001.

TD353.6

B

1006-6225(2010)03-0062-02

2010-04-23

周茂春 (1965-),男,安徽泗县人,工程师,现任桃园煤矿矿长。

[责任编辑王兴库]