高地应力软岩巷道支护技术

2011-02-13 06:16孙庆恩
中国煤炭工业 2011年6期
关键词:大巷锚索锚杆

文/孙庆恩

淮北矿业集团朱仙庄煤矿进入二水平以来,巷道受压变形严重,巷道失修表现为经常性改棚,卧底、巷道断面缩小、不能满足安全行车需要,风管、水管、电缆等吊挂困难,给“一通三防”、采掘顶板、巷道维修和机电运输管理均造成极大困难,难以满足安全生产要求,已成为制约矿井生产准备及安全生产的主要因素之一,为此需探索高地应力软岩巷道支护技术。

一、实验巷道基本情况

二水平轨道大巷净宽×净高=4.7×4.1m,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。

二、巷道维护特点

1.所穿岩层层位多,岩层变化频繁,岩体强度低,裂隙较发育,完整性不好,总体稳定性差。

2.埋深大,地应力大,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,对变形控制要求高。

4.由于巷道跨度、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。

三、支护选型原则及理论

1.直接作用于周边浅部围岩,针对破坏特点、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维护,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,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。

该工程支护设计以矿大支护设计为依据,即以动态分步加固、过程控制的软岩巷道综合控制思想,结合巷道难维护的特点、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。

四、具体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,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700×700mm;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100×100mm,钢筋网搭接100mm,钢筋网搭接处均用10#铁丝连接,间距200mm。

(3)锚索规格为YMS17.8/5.3-1860钢绞线,间排距为1600×1600mm,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 φ5~15mm,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φ20×2000mm(利用钢管加工),全断面矩形布置,间、排距2000×2000mm。底板采用φ25mm×2000mm左旋全螺纹中空注浆锚杆,间、排距 1400×1600mm。

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1~2Mpa。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定是否进行复注,并根据现场注浆情况及时调整布置及注浆参数。

2.围岩稳定程度中等区域,采用锚网喷+锚索+注浆支护。此支护形式分两次支护,支护参数如下:

(1)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,其他参数同上。一次支护后及时设观测点观测巷道受力变形情况,为二次支护提供依据。

(2)二次支护:采用锚杆+滞后帮锚索,滞后一次支护步距40~80m。采用GM22/2800-490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800×800mm;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YMS17.8/6.3-1860钢绞线,帮锚索滞后于二次锚杆20~40m,与一次支护顶锚索形成全断面矩形布置,间排距为1600×1600mm,帮底锚索仰角取5°,距底板不大于500mm,锚索安装要求同上。二次支护后设观测点观测巷道受力变形情况,为适时注浆提供依据。

3.围岩稳定性较差,不具备可锚性区域,如过断层破碎带,裂隙发育区域,巷道有淋水等采用锚喷+全封闭29U型棚+滞后注浆支护。

超前顶板预注浆固顶参数如下:钻孔深3000mm,φ42mm,采用长度2600mm、4分钢管制的注浆锚杆加固,钢管底端砸成扁状,钢管底端1.0m长度内错开钻孔,孔径由大逐渐变小,前端孔φ8mm,后端孔φ4mm,采用空心速凝水泥卷封孔,封孔深度为1.6m;角度前倾呈40°。注浆液选用马丽散或其他化学浆。

放炮后找顶、初喷50mm,支护锚杆间、排距800×1000mm,锚杆其他支护参数同上。架全封闭29U型棚支护,棚距500mm,棚子搭接长度500mm,每处搭接用特制铁板拉钩联接,每处搭接用两副限位卡缆和一副双槽型普通卡缆紧固,卡缆螺母扭矩不小于300Nm,顶、帮采用φ10mm钢筋笆腰背,底板以下采用φ10mm钢筋笆和铁背板腰背,喷射混凝土标号为C20,喷厚150mm。滞后注浆,帮、顶注浆锚杆采用φ20×2000mm钢管加工,间排距2000×2000mm,底板采用φ25×2000mm中空左螺旋自注式锚杆,间排距2000×2000mm。注浆一般滞后迎头≯100m,注浆要求同上。

五、结论

经过对二水平轨道大巷设点观测,一年来巷道变形量在5%以内,达到了预期目标,能满足通风、辅助运输需要。

通过该巷道支护实验,为二水平巷道优化支护提供可靠依据,软岩巷道应根据围岩的稳定性、力学性质分类确定相应的支护方式及参数。同时围岩变化是一个动态过程,要通过围岩监测,及时采取有效的补强加固措施。这样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。

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