周茂春,周學(xué)斌,王多春

(淮北礦業(yè)集團(tuán)桃園煤礦,安徽宿州 234116)

深部大斷面硐室高強(qiáng)穩(wěn)定型支護(hù)技術(shù)

周茂春,周學(xué)斌,王多春

(淮北礦業(yè)集團(tuán)桃園煤礦,安徽宿州 234116)

通過對(duì)深部大斷面硐室支護(hù)狀況及目前存在的問題分析,結(jié)合淮北礦區(qū)桃園煤礦大斷面硐室實(shí)際情況,提出高強(qiáng)穩(wěn)定型支護(hù)技術(shù)設(shè)計(jì),最后,通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)分析,檢驗(yàn)高強(qiáng)穩(wěn)定型支護(hù)應(yīng)用效果。

深部;大斷面;高強(qiáng)穩(wěn)定型;支護(hù)

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

隨著礦井向深部開采,高應(yīng)力軟巖巷道支護(hù)問題日益突出,特別是深部大斷面軟巖硐室的支護(hù),如果不能有效解決,不僅造成硐室的維護(hù)難度大、費(fèi)用高,而且直接影響礦井安全生產(chǎn)。桃園煤礦二水平泵房和變電所初始支護(hù)設(shè)計(jì)為一次高強(qiáng)錨網(wǎng)支護(hù),再采用二次錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)方式,但上述硐室掘出不到 1a,就產(chǎn)生了變形和破壞。為改善支護(hù)狀況,該礦在二水平主要硐室進(jìn)行高強(qiáng)穩(wěn)定型支護(hù)技術(shù)應(yīng)用研究。

1 高強(qiáng)穩(wěn)定型支護(hù)技術(shù)方案

1.1 支護(hù)方案

在原錨網(wǎng)噴支護(hù)基礎(chǔ)上,針對(duì)支護(hù)承載結(jié)構(gòu)的薄弱部位采用帶梁錨索,對(duì)兩次錨網(wǎng)支護(hù)形成的承載結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)補(bǔ)償,提高支護(hù) -圍巖承載結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,保證泵房、變電所及其通道長(zhǎng)期穩(wěn)定。

泵房、變電所及其通道都是永久硐室,大型設(shè)備多,控制底鼓很關(guān)鍵。因此,泵房和變電所及其通道都需要采用高強(qiáng)穩(wěn)定型控底措施。但因泵房有很深的設(shè)備基礎(chǔ),泵房底板支護(hù)與變電所底板支護(hù)有所不同,泵房底板永久支護(hù)的重點(diǎn)是控制泵基礎(chǔ)的隆起,特別是避免泵基礎(chǔ)的不均勻隆起。因此,泵房底板永久支護(hù)應(yīng)圍繞泵的基礎(chǔ)進(jìn)行支護(hù),同時(shí)考慮泵房底板整體的穩(wěn)定性。泵房和變電所及其通道底板永久支護(hù)總的技術(shù)思路是在采用高強(qiáng)錨網(wǎng)支護(hù)的基礎(chǔ)上,采用帶梁錨索進(jìn)行結(jié)構(gòu)補(bǔ)償。

高強(qiáng)穩(wěn)定型支護(hù)技術(shù)的主要施工工藝為:掘巷→一次高強(qiáng)錨網(wǎng)支護(hù)→噴漿→注漿→二次高強(qiáng)錨網(wǎng)支護(hù) (滯后一次支護(hù)一個(gè)月)、安裝結(jié)構(gòu)補(bǔ)償錨索進(jìn)行結(jié)構(gòu)補(bǔ)償→噴漿→施工底板支護(hù)。

1.2 主要技術(shù)參數(shù)

基于永久支護(hù)的技術(shù)思路,在確定兩次錨網(wǎng)支護(hù)承載結(jié)構(gòu)合理補(bǔ)償位置的基礎(chǔ)上,提出永久支護(hù)方案。以泵房為例,泵房斷面為直墻半圓拱形,墻高 3050mm,寬 6600mm。

1.2.1 支護(hù)斷面 A支護(hù)參數(shù)

永久支護(hù)錨桿采用 G M22/3500mm高強(qiáng)螺紋鋼樹脂錨桿,每孔均采用 3節(jié) Z2550中速樹脂藥卷加長(zhǎng)錨固,預(yù)緊力不小于 300N·m,錨固力不小于80kN。永久支護(hù)的錨桿之間沿巷道軸向用鋼帶連成排,鋼帶采用 GDM200/4.0型。拱部錨桿與錨索、錨桿與錨桿相互間距 800mm。

永久支護(hù)鋼筋網(wǎng)規(guī)格:2200mm×800mm,網(wǎng)與網(wǎng)間采用自連方式,其他參數(shù)與一次支護(hù)相同。

1.2.2 結(jié)構(gòu)補(bǔ)償斷面B支護(hù)參數(shù)

幫頂采用 φ17.8mm×7000mm的錨索 (材質(zhì)為1860鋼絞線)、1支 K2550和 2支 Z2550樹脂藥卷、18號(hào)槽鋼、槽鋼內(nèi)采用 120mm×120mm×10mm規(guī)格平托盤,點(diǎn)錨索采用 200mm×200mm×10mm鼓型托盤,鎖芯為兩半的鎖具。其他支護(hù)參數(shù)與支護(hù)斷面A的錨網(wǎng)參數(shù)相同。

斷面 A和斷面 B交替布置,間距 1600mm。

1.2.3 泵房基礎(chǔ)支護(hù)參數(shù)

泵基礎(chǔ)下方采用 φ17.8mm×5000mm錨索,其他地方采用 φ17.8mm ×7000mm錨索 (材質(zhì) 1860鋼絞線)、每根錨索采用 1支 K2550和 2支 Z2550樹脂藥卷。泵基礎(chǔ)幫部錨桿采用 G M24/2200mm高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力螺紋鋼樹脂錨桿,每孔均采用 2節(jié) Z2550中速樹脂藥卷,泵房底板錨桿采用 G M24/3500mm高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力螺紋鋼樹脂錨桿,每孔均采用 3節(jié) Z2550中速樹脂藥卷加長(zhǎng)錨固,預(yù)緊力不小于 300N·m,錨固力不小于 80kN,錨桿托盤采用 200mm×200mm×10mm鼓型托板。泵房支護(hù)如圖 1。

圖 1 泵房支護(hù)

1.2.4 注漿參數(shù)

注漿錨桿采用 12.7mm中空螺紋鋼管,長(zhǎng)度為1600mm,布置如圖 2。注漿材料采用 42.5普通硅酸鹽水泥加水玻璃漿液,水玻璃濃度 45B′e,用量為水泥重量的 3%～5%。漿液水灰比為 0.7∶1～1∶1,漿液配合比如表 1所示。

圖 2 泵房注漿錨桿布置

巷道圍巖注漿效果的控制程度取決于施工隊(duì)的經(jīng)驗(yàn)及技術(shù)熟練程度。必須根據(jù)測(cè)得的注漿壓力和漿液流速來選擇注漿的順序、是否變更或終止注漿過程。從成本最低的觀點(diǎn)來看,在注漿過程中,進(jìn)行有效地監(jiān)測(cè)是十分必要的。當(dāng)前,在注漿實(shí)踐中進(jìn)行監(jiān)測(cè)的內(nèi)容包括:注漿壓力隨時(shí)間的變化;注漿速度及注漿量的大小。

表 1 水泥水玻璃漿液配制

注漿壓力根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn),頂板及底角最大注漿壓力 3.0MPa,兩幫最大注漿壓力為 2.0MPa。

2 支護(hù)效果監(jiān)測(cè)與分析

為了檢驗(yàn)變電所和泵房的支護(hù)效果,在變電所和泵房各自設(shè)置了 1個(gè)位移觀測(cè)站,采用十字布點(diǎn)法建立表面位移監(jiān)測(cè)站,監(jiān)測(cè)巷道圍巖變形量;同時(shí)為監(jiān)測(cè)錨索在控制圍巖變形過程中的工作狀況,在變電所設(shè)置一個(gè)完整的錨索受力監(jiān)測(cè)斷面。

通過 3個(gè)月的觀測(cè),變電所兩幫未有明顯變形,總變形量在 18mm左右,泵房?jī)蓭妥冃慰偭考s為 27mm;變電所變形平均速率在 0.2mm/d,泵房變形平均速率在 0.3mm/d;泵房、變電所頂?shù)装逑鄬?duì)位移量均在 10mm左右。由圖 3可以看出,采用新型支護(hù)技術(shù)后,巷道兩幫位移在 40d左右基本處于穩(wěn)定,圍巖總變形量不大,圍巖移動(dòng)變形得到有效控制。

圖 3 泵房、變電所測(cè)站圍巖表面位移量

如圖 4所示為變電所補(bǔ)償錨索受力觀測(cè)情況,錨索的受力與巷道圍巖的變形有密切聯(lián)系。從圖中可以看出,采用該支護(hù)方案后的支護(hù)初期,幫部巷道圍巖變形量較小,此時(shí)錨索受力較小;當(dāng)幫部圍巖變形量達(dá)到一定程度后,錨索的受力急劇增大,但是此時(shí)巷道圍巖的變形量未發(fā)生明顯變化,因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)補(bǔ)償錨索為錨網(wǎng)與圍巖共同形成的支護(hù)承載結(jié)構(gòu)瞬間提供較高的支護(hù)阻力,有效控制了巷道圍巖的進(jìn)一步變形,錨索對(duì)幫部錨網(wǎng)支護(hù)承載結(jié)構(gòu)發(fā)揮了很好的補(bǔ)償效果。從圖中還可以看出,相對(duì)于幫部錨索的受力,拱部錨索受力始終較小,說明對(duì)于直墻半圓拱巷道,錨網(wǎng)形成的支護(hù)承載結(jié)構(gòu)拱部的承載能力較高。通過上面的分析可知,錨網(wǎng)支護(hù)形成的支護(hù)承載結(jié)構(gòu)不同部位的承載能力大小各異,采用補(bǔ)償錨索對(duì)支護(hù)承載結(jié)構(gòu)承載能力相對(duì)薄弱的部位進(jìn)行結(jié)構(gòu)補(bǔ)償,提高薄弱部位支護(hù)承載結(jié)構(gòu)的承載能力,平衡支護(hù)承載結(jié)構(gòu)各部位的承載能力,達(dá)到提升支護(hù)承載結(jié)構(gòu)的整體承載能力,防止支護(hù)承載結(jié)構(gòu)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性失穩(wěn)破壞,作用效果顯著。

3 結(jié)束語(yǔ)

采用底板高強(qiáng)穩(wěn)定型支護(hù)技術(shù)后,支護(hù)效果非常明顯,經(jīng)過半年的長(zhǎng)期觀測(cè),變電所及泵房非基礎(chǔ)部分底板未發(fā)生底鼓現(xiàn)象,而與桃園礦泵房變電所相鄰的大巷底鼓現(xiàn)象比較嚴(yán)重;泵房基礎(chǔ)采用帶梁錨索進(jìn)行結(jié)構(gòu)補(bǔ)償支護(hù)后,未發(fā)生變形,支護(hù)效果很好。成功解決了桃園礦二水平埋深 850m深井大斷面軟巖硐室支護(hù)難題,且巷道支護(hù)狀況良好,保證了桃園礦二水平深部開采水平的正常開拓,保障了桃園二水平深井正常、安全和高效開采。

圖 4 變電所測(cè)站補(bǔ)償錨索受力

桃園礦深井軟巖大斷面巷道支護(hù)的成功試驗(yàn),為解決礦區(qū)類似地質(zhì)條件下深井軟巖巷道的支護(hù)難題,采用科學(xué)合理且有效的支護(hù)技術(shù)提供了參考。

[1]侯朝炯,郭勵(lì)生,勾攀峰,等 .煤巷錨桿支護(hù) [M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,1999.

[2]李明遠(yuǎn),王連國(guó),易恭猷,等 .軟巖巷道錨注支護(hù)理論與實(shí)踐 [M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2001.

TD353.6

B

1006-6225(2010)03-0062-02

2010-04-23

周茂春 (1965-),男,安徽泗縣人,工程師,現(xiàn)任桃園煤礦礦長(zhǎng)。

[責(zé)任編輯王興庫(kù)]