張宏慶
(山西潞安集團(tuán) 潞寧煤業(yè)有限責(zé)任公司,山西 寧武 036706)
潞寧孟家窯煤業(yè)主斜井巷道,已服務(wù)7 a,按計(jì)劃還要服務(wù)4~5 a,巷道原來主要采用木棚支護(hù)或砌碹支護(hù),局部巷道圍巖裸露、未支護(hù),隨著巷道服務(wù)年限的延長(zhǎng)、周圍巷道掘進(jìn)及工作面回采影響,原有支護(hù)方式很難保證巷道安全。因此,要對(duì)主斜井巷道進(jìn)行加固技術(shù)研究。
主斜井長(zhǎng)約300 m,坡度約12°,埋深約90~140 m,全巖巷道。主斜井與1620運(yùn)輸巷交叉點(diǎn)與2號(hào)煤層垂直距離約10 m,巷道采用木棚或者砌碹支護(hù),巷道局部裸露。主斜井位置見圖1。
圖1 主斜井位置圖主斜井位置圖
根據(jù)孟家窯煤業(yè)提供的地質(zhì)資料,礦區(qū)構(gòu)造簡(jiǎn)單,主斜井掘進(jìn)中沒有遇到較大斷層等構(gòu)造,地應(yīng)力測(cè)量顯示,在1620運(yùn)輸巷距主斜井5 m處,最大水平主應(yīng)力4.01 MPa,方向N 8.78°W;最小水平主應(yīng)力為2.93MPa;垂直主應(yīng)力3.7MPa。主斜井頂板主要為泥巖、砂質(zhì)泥巖、細(xì)粒砂巖;底板主要為細(xì)粒砂巖,其中泥巖抗壓強(qiáng)度為9.2~23.5 MPa,砂質(zhì)泥巖自然抗壓強(qiáng)度為18.1~24.6 MPa,細(xì)粒砂巖自然抗壓強(qiáng)度為32.6~59.1 MPa。主斜井頂板圍巖狀況如表1所示。
表1 主斜井頂?shù)装鍑鷰r狀況
主斜井巷道已經(jīng)服務(wù)7a,原來多采用木棚支護(hù),支護(hù)強(qiáng)度低,對(duì)巷道變形情況不了解,要進(jìn)行巷道加固技術(shù)研究。首先為弄清楚巷道的圍巖狀況,采用JL-IDOL2009v5.31智能鉆孔電視窺視儀,分析頂板圍巖結(jié)構(gòu)狀況,選取3個(gè)鉆孔,分別距端頭270 m、285m、390 m處。選1號(hào)鉆孔0~5.4 m范圍內(nèi)頂板狀況,見圖2。圖中1號(hào)鉆孔窺視結(jié)果顯示,0~0.45m范圍內(nèi),出現(xiàn)了比較明顯縱向裂隙;0.45~3.1 m范圍內(nèi),頂板鉆孔圍巖較完整,基本沒有裂隙里層;3.1~5.7 m范圍內(nèi),頂板鉆孔圍巖節(jié)理較發(fā)育,節(jié)理、裂隙縱橫交錯(cuò),局部段圍巖較破碎;5.7~10.6 m范圍內(nèi),頂板鉆孔圍巖整體較好,局部有節(jié)理、裂隙,如7.55 m、8.2 m處。2號(hào)鉆孔窺視結(jié)果顯示,該處鉆孔圍巖整體較好,基本沒有節(jié)理、離層、裂隙,頂板較完整,局部有節(jié)理。3號(hào)鉆孔窺視結(jié)果顯示:0~7.5m圍巖整體較好,基本沒有節(jié)理、離層、裂隙,頂板較完整;8~9.3m范圍內(nèi),局部段圍巖較破碎,如8.1~8.4m處。從主斜井整個(gè)鉆孔窺視結(jié)果來看,巷道頂板圍巖基本完整,基本沒有離層,局部段有原生節(jié)理、裂隙。
圖2 主斜井1號(hào)鉆孔0~5.4 m頂板圍巖狀況
為了保證主斜井支護(hù)效果,需在井下錨桿支護(hù)施工前,對(duì)巖體進(jìn)行可錨性試驗(yàn)。為保證孟家窯巷道錨網(wǎng)支護(hù)技術(shù)實(shí)施的可行性和有效性,針對(duì)主斜井加固段圍巖特征,結(jié)合鉆孔窺視結(jié)果,進(jìn)行了該類條件下圍巖可錨性試驗(yàn)。主斜井270 m、290 m、350 m、390m。錨索材料為φ18.9mm,1×7股高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線,長(zhǎng)度7300mm,極限破斷拉力400 kN,延伸率4%,樹脂加長(zhǎng)錨固,三支藥卷為一支K2335和兩支Z2360。施工機(jī)具M(jìn)QT120頂錨桿鉆機(jī),鉆頭φ28 mm雙翼。檢測(cè)機(jī)具為風(fēng)動(dòng)錨索張拉機(jī)具,最大量程320kN。錨索可錨性試驗(yàn)條件及結(jié)果,如表2所示。
表2 主斜井錨索可錨性試驗(yàn)結(jié)果
試驗(yàn)在加固段不同位置共選用了4根錨索,以錨索錨固力達(dá)250kN即具有可錨性,從整個(gè)試驗(yàn)結(jié)果來看,錨索的可錨率較高。由上分析及井下圍巖可錨試驗(yàn)結(jié)果看,孟家窯主斜井適合采用錨網(wǎng)支護(hù)技術(shù)進(jìn)行加固。
根據(jù)主斜井頂板窺視結(jié)果,依據(jù)巖體錨固性能試驗(yàn)結(jié)果,基于高預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)理論[1-2],提出主斜井加固方案:主斜井?dāng)嗝娉拾雸A拱形,半徑1.6 m,凈寬度3.20m,高2.9m,凈斷面積8.28m2。
錨桿桿體為φ20左旋無縱筋螺紋鋼筋,鋼號(hào)335號(hào),長(zhǎng)度2400mm。錨索材料為φ18.9mm,1×7股高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線,長(zhǎng)度7 300 mm,每?jī)膳佩^桿打1根錨索,排距2 000 mm。錨索托盤采用300 mm×300 mm×16 mm高強(qiáng)度可調(diào)心托板及配套鎖具。采用鋼筋網(wǎng)護(hù)幫和頂,網(wǎng)孔規(guī)格80mm×80 mm,網(wǎng)片規(guī)格3500mm×1100mm,兩個(gè)網(wǎng)片對(duì)接100mm。錨桿預(yù)緊扭矩≥300Nm,但禁止大于500Nm。錨索預(yù)應(yīng)力不低于250kN。主斜井錨桿(索)支護(hù)斷面布置,見圖3。
圖3 主斜井錨桿(索)支護(hù)斷面圖
為了有效評(píng)價(jià)主斜井加固效果,7605在150 m位置設(shè)置一個(gè)綜合觀測(cè)站,分別對(duì)巷道表面位移、頂板離層、以及錨桿、錨索受力進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
圖4 主斜井表面位移變化曲線
主斜井表面位移變化曲線見圖4,主斜井右?guī)?、左幫、頂板下沉量分別為10 mm、17 mm、9 mm,從開挖到初期穩(wěn)定,歷時(shí)較短,巷道變形量小,兩幫和頂板變形量增幅也很小,巷道穩(wěn)定。
圖5 主斜井錨桿受力變化曲線
錨桿受力觀測(cè)曲線見圖5,從圖看出,巷道開挖初期,錨桿受力變化較小,受力增幅小,最終錨桿受力穩(wěn)定。兩幫受力大,頂板受力均衡。左幫錨桿受力20.56 kN,頂部錨桿受力35.06 kN,右?guī)湾^桿受力134.8 kN,頂板錨索受力為191.40 kN和200.68kN。
由上分析可知,錨桿(索)最終受力和增幅都很小,錨桿(索)受力變化與巷道變形趨勢(shì)基本一致,錨桿(索)受力穩(wěn)定周期短,巷道穩(wěn)定。
①分析主斜井具體工程環(huán)境,采用鉆孔窺視進(jìn)行不同位置頂板,結(jié)合鉆孔窺視整體結(jié)果,進(jìn)行巖體錨固性能試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果表明,主斜井可采用錨網(wǎng)索進(jìn)行加固。②依據(jù)巷道巖體錨固性能試驗(yàn)結(jié)果,基于高預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)理論,提出采用錨網(wǎng)(索)支護(hù)技術(shù)進(jìn)行加固,并確定了加固方案。③井下礦壓監(jiān)測(cè)結(jié)果表明,文中設(shè)計(jì)的加固方案有效控制了圍巖變形,提高了圍巖的穩(wěn)定性,保證了巷道正常使用,是一種安全、有效的加固方式。
[1]康紅普,王金華.煤巷錨桿支護(hù)理論與成套技術(shù)[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2007.
[2]康紅普,姜鐵明,高富強(qiáng).預(yù)應(yīng)力在錨桿支護(hù)中的作用[J].煤炭學(xué)報(bào),2007,32(7):673-678.