张学功
摘 要:淮北矿业集团童亭煤矿位于淮北平原中部,北距淮北市42 km,东距宿州市30 km。东西走向10 km,南北倾向宽2~4km,矿井面积24.15 km2。自2005年至今已施工的锚喷支护巷道两万多米,通过摸索、实践、总结,目前已形成了一套适应类似地质采矿条件下的岩石巷道的施工经验,但过大断层、超长、超宽围岩破碎带的安全快速施工对童亭矿来说还是一个新的课题,也是新的挑战。为此矿工程技术人员不断地研究、探索、实践、论证,制定了“全锚索喷注”联合支护技术,并在过大断层、超长、超宽围岩破碎带巷道中得到了应用,取得很好的效果,实现了安全、快速、高效过大断层的目标。
关键词:岩巷 支护设计 全锚索支护
中图分类号:TD26 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)12(a)-0-01
1 工程概况
预应力锚固技术是一种先进的岩土加固技术,特别是对围岩软弱、薄弱的部位,采用高预应力全断面锚索支护技术,预紧力度大幅度的提高,支护效果非常明显。预应力全锚索支护技术有效地控制了巷道围岩的变形与破坏,保证了巷道安全使用,满足了过大断层、破碎带巷道安全快速施工的需要。在施工中,改变了传统的砌碹或架喷注被动支护为主动支护,改善了围岩结构和应力分布,充分发挥锚杆、锚索耦合作用及注浆围岩的自承载能力,为破碎围岩提供变形性能好、高抗力的结构性约束,使巷道变形得到有效控制。
2 巷道布置、参数及与F10断层的位置关系
86大巷东部为84大巷,南部为1042老空区,北部为1046老空区,西部为Ⅱ86轨道下山。该巷道为半圆拱形,巷道净宽4.5 m,净高3.8 m,锚喷支护。该巷道施工至“拐”点前15 m时,遇到一大断层,该断层倾角70 °、落差在40 m左右,断层带充填厚达0.7 m松散层,断层两边为薄层状泥岩,断层与巷道夹角小、巷道穿层角度小,巷道穿断层、破碎带距离长,支护难度极大。此类情况下,通常采取砌碹或架棚注浆支护,但支护形式被动,进度慢,安全可靠性低,复修率高。为安全、快速、高效施工,我们研究、制定了“全锚索喷注”联合支护技术,并一次性应用成功,效果显著。
3 过断层支护方式和支护参数
支护方式:锚索+钢筋网+锚杆+注浆锚杆联合支护。支护参数:拱部全锚索支护,锚索间距0.8 m、排距1 m,每排9根Φ17.8 mm-L9300 mm预应力锚索(保证锚索生根在较坚硬岩石中达1.5 m以上),锚索托盘内铺钢筋网。两排锚索间打一排Φ22-L2400 mm高强锚杆,锚杆间距0.7 m,排距1 m,每排10根,锚杆锚索交替布置。帮部采用4根Φ22-L2400 mm高强螺纹钢锚杆配合Φ6 mm钢筋网封闭,间排距750 mm。初喷混凝土等级C20,厚50 mm,复喷混凝土,厚100 mm。滞后70 m全断面注浆加固。破岩方式采用震动性小炮配合风镐刷大成型,拱部循环进度500 mm,刷够一排锚杆或锚索距离后,及时施工锚杆、锚索,保证锚杆索支护距迎头不大于500 mm,正台阶施工。
4 技术效果分析
4.1 观测仪器
巷道变形观测仪器有:KHC测杆、DYS顶底板收敛速度仪;围岩深部位移观测使用WBY-10围岩多点位移计;巷道顶板离层动态状况使用LBY-3型顶板离层指示仪;窥视仪。
4.2 观测方法
4.2.1 巷道表面收敛观测
86大巷过F10断层施工期间每5 m设一组观测站。每天观测一次,稳定后每周观测一次。
4.2.2 巷道围岩深部位移观测
断层过盘前后每隔5 m,顶板各打三个孔。每个测孔布置三个测点,分别是深基点、浅基点合在深浅基点中间的中基点(深基点据孔口大于7 m,中基点距孔口4 m,浅基点距孔口3 m)。测站30 d内每天观测一次,后期每周观测一次。
4.2.3 巷道顶板离层量观测
过断层期间每隔10 m沿巷道中心线安设1套离层仪。每个测控布置两个测点,1个深基点,1个浅基点。其中深基点设置在顶板岩层中距孔口大于5 m,浅基点距孔口2.8 m。测点30 d内每天观测一次,后期每周观测一次。
4.3 观测结果
从2012年4月开始,历经4个多月的跟踪矿压观测,巷道两帮最大位移量为20 mm,顶底板移近量最大为15 mm,二次注浆加固后,巷道位移趋于稳定。高强度、高预应力“全锚索喷注”为基础的支护体系可形成可靠的巨厚组合拱结构,发挥深井高应力软岩在高效锚固和注浆条件下具有的应力强化性能,保证支护的长期稳定。
4.4 结论
根据现场跟踪观测,采用“全锚索喷注”联合支护技术后围岩保持了良好的稳定性,顶板及两帮矿压显现比原传统的“小棚距U型棚”、“砌碹支护”等被动支护,围岩变化控制明显得到改善,可见采用“全锚索喷注”支护方式及支护参数过断层选择是可靠的、科学的,达到了预期的效果。通过以上观测围岩变形数据可得看出该支护形式支护强度高,巷道整体稳定性较好,保证了巷道变形量在允许误差范围之内,保证了施工、使用安全。由此可以得到,“全锚索喷注”联合支护在过大断层有较好的支护效果。
5 经济效益
(1)“全锚索喷注”联合支护技术改以往架棚、砌碹等被动支护为主动支护,支护强度高,达到了超前控制顶板作用,安全可靠,杜绝了工伤事故。(2)“全锚索喷注”联合支护技术,施工工序简单,施工进度快。86大巷自采用了“全锚索喷注”过断层技术工艺后,使成巷速度大幅度提高,圆班进尺4 m以上,较传统架棚、砌碹施工,效率提高50%以上。(3)传统的砌碹或“架喷注”支护单价按3万元/m计算,“全锚索喷注”联合支护为1.2万元/m。优化后,共减少投入100多万元。(4)“全锚索喷注”过断层联合支护技术,有效控制了巷道围岩变形,杜绝了巷道多次返修现象,减少了巨额返修费,也保障了矿井安全生产。