高应力软岩巷道支护技术研究

钟传义

(安徽恒源煤电股份公司, 安徽宿州市 234000)

高应力软岩巷道支护技术研究

钟传义

(安徽恒源煤电股份公司, 安徽宿州市 234000)

卧龙湖煤矿-480南翼轨道大巷岩性较差,且对应力扰动非常敏感。分析了巷道围岩变形特征和失稳机理,指出结构稳定性对支护承载结构具有重要作用。提出了-480南翼轨道大巷支护技术方案,并成功应用于工程实践。

高应力软岩巷道;锚网索支护;底板治理;补偿支护

卧龙湖煤矿位于安徽省濉溪县,井田内已发现落差不等的断层24条,矿井地质条件复杂,巷道围岩呈现出高应力软岩的特点。本文在分析巷道围岩变形特征与破坏机理的基础上,从支护承载结构稳定性出发,提出了锚网索支护技术方案,为此类巷道支护提供借鉴。

1 工程背景

如图1所示,-480南翼轨道大巷位于105工作面和104工作面之间,受到工作面采动的强烈影响,该段巷道经过多次扩修。巷道围岩岩性以泥岩为主,层理比较发育,且受到105工作面和104工作面开采引起的侧向支承压力作用,巷道围岩表现为高应力软岩的特征,巷道浅部破碎岩体在高应力作用下极易产生强烈的剪胀变形。

作为矿井南翼采区运输、行人、通风的咽喉通道,-480南翼轨道大巷服务年限较长,而巷道变形严重,远远达不到使用断面的要求,严重影响矿井的安全高效生产,迫切需要用一种新型的支护技术来控制围岩变形。

2 巷道变形特征及机理分析

2.1 原有支护变形特征

-480南翼轨道大巷为直墙半圆拱形巷道,设计净断面4.0m×3.6m,原有支护采用锚网支护,巷道变形主要表现为底臌严重,两帮内移和顶板下沉量大,两肩窝破坏,巷道全断面收缩,无法保证巷道的正常使用。

2.2 巷道变形破坏机理分析

(1)上方工作面开采的影响。受到104和105工作面开采引起的侧向支承压力的影响,应力水平高,巷道围岩极易屈服变形。

图1 -480南翼轨道巷与工作面的相对位置关系

(2)巷道围岩完整性差。

(3)现有支护存在问题。原有支护仅使用了Φ20mm×2000mm的20MnSi高强螺纹钢锚杆,间排距为800mm×800mm,支护强度不够,且支护结构的结构稳定性差。

(4)未采取治底措施。

3 高强稳定型锚网支护技术思路

高强稳定型锚网支护的技术思路是:首先根据巷道使用断面的要求,进行扩巷并实施一次锚网支护,针对围岩比较破碎的特点,一次锚网支护后进行注浆,提高围岩的完整性和残余强度;其次进行二次锚网支护提高锚网支护的刚度和强度;再次利用小孔径预应力锚索在巷道承载结构的薄弱部位进行结构补偿,提高支护承载结构的结构稳定性。

4 高强稳定型锚网支护技术方案

针对-480南翼轨道大巷围岩体强度较低,长期受工作面开采引起的侧向支承压力影响的特点,提出-480南翼轨道巷结构稳定型支护技术方案,具体参数如下。

4.1 一次锚网索支护方案

首先进行扩巷,扩巷后毛断面尺寸为4.3m×3.75m,采用一次高强锚网索支护。

(1)选用Φ20mm×2500mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆,间、排距为800mm×800mm,锚杆预紧力矩应不小于300N.m,两帮底角锚杆向下倾15°,辅助控制巷道底臌。一次锚网支护参数如图2所示。

图2 一次支护锚网索支护断面

(2)采用电阻焊技术加工Φ6mm的钢筋自连网,并且沿巷道径向布置钢筋梯子梁,进一步提高护表效果和发挥锚网支护中锚杆的整体支护效果。

(3)锚杆托盘采用大小为150mm×150mm、厚度为10mm的鼓形托盘。

(4)采用Φ17.8mm×6500mm的小孔径高强预应力锚索实施结构补偿,锚索排距1.6m,既能提高浅部围岩的稳定性,又能够有效发挥深部稳定岩体的承载能力。

4.2 注浆加固方案

一次锚网支护后,对围岩实施注浆加固。注浆锚杆间、排距1.5m×1.5m,起注高度0.4m,孔深1.5m。注浆材料水灰比以0.7左右为宜。

4.3 二次锚网索支护方案

针对高应力软岩巷道围岩变形强烈的特点,一次锚网索支护后,应及时进行二次支护,增加支护强度的同时,提高支护承载结构稳定性。

二次支护采用Φ20mm×3000mm的锚杆,用钢带替换钢筋梯子梁,沿巷道轴向布置,其他技术参数参照一次支护技术。二次支护锚网索布置如图3所示,轨道巷锚网支护展开见图4。

图3 二次支护锚网索布置

图4 轨道巷锚网支护展开

4.4 底板支护方案

支护承载结构是一个相互影响的整体,尤其是高应力软岩巷道,若不治底很难控制巷道的变形,针对卧龙湖煤矿-480南翼轨道大巷的具体情况,在进行上述支护后,统一实施底板支护。

底板支护方案采用两种形式的支护断面,具体支护形式如图5所示,且断面A和断面B相间布置,并利用小孔径预应力锚索提高底板承载结构的稳定性。底板锚杆规格为Φ20mm×3000mm,要求锚杆预紧力矩不低于300N.m,锚杆或锚索间、排距为1.1m×1.6m,锚索预紧力不低于100kN。

为监测支护效果,施工后进行了矿压监测,采用上述支护技术方案以后,-480南翼轨道大巷支护状况有了明显改善,整个观测期间,顶板累计下沉量10mm,累计底臌量33mm,两帮累计移近量为21mm。

5 主要结论

(1)高应力软岩巷道不能只注重支护刚度,应在保证一定支护刚度的基础上,从支护承载结构的结构稳定性出发,在承载结构的薄弱部位用锚索支护进行结构补偿,提高围岩整体承载性能。

(2)对于高应力软岩巷道,必须进行底板治理。底板的稳定性对于整个支护结构的稳定性起到非常重要的作用。

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2012-02-28)

钟传义(1974-),男,工程师,安徽濉溪县人,业务主管,从事掘进技术管理工作,Email:tlajyy@163.com。