蔣金虎

(開灤(集團(tuán)) 唐山礦業(yè)分公司,河北唐山 063000)

深部高應(yīng)力影響下軟巖巷道支護(hù)技術(shù)研究

蔣金虎

(開灤(集團(tuán)) 唐山礦業(yè)分公司,河北唐山 063000)

深部礦井高應(yīng)力影響下軟巖巷道支護(hù)的穩(wěn)定性問題,是世界巷道支護(hù)中普遍存在的難題,各國業(yè)內(nèi)專家都從理論和實(shí)踐,技術(shù)與工藝,材料與裝備上進(jìn)行大量研究,提出了主動(dòng)性支護(hù)的理念和原則。然而,對(duì)這一理念和原則的推廣應(yīng)用,卻又因不同國度和自然條件而呈現(xiàn)不同的狀況。本文結(jié)合唐山礦的實(shí)際情況,研究制定了深部高應(yīng)力影響下軟巖巷道支護(hù)技術(shù)方案,并取得了良好的支護(hù)效果。

深部 高應(yīng)力 軟弱巖 離散注漿

1 基本情況

開灤(集團(tuán))有限責(zé)任公司唐山礦業(yè)分公司是我國煤礦開采歷史高達(dá)百年以上的老礦,礦區(qū)建設(shè)的快速進(jìn)展,使礦井的開采深度和作業(yè)空間越來越復(fù)雜,礦井開采深度及范圍的變化,影響巷道施工的困難因素從多方顯現(xiàn),尤其是凸顯的“小區(qū)域高應(yīng)力富含帶”復(fù)雜多變應(yīng)力,給巷道支護(hù)帶來更大的難度,成為制約礦井深部開采的瓶頸。

目前我礦井在用主生產(chǎn)系統(tǒng)巷道失修量約1600米,動(dòng)壓破壞占70%。目前急需治理的巷道約1000米,80%為動(dòng)壓影響所致。同時(shí)這些巷道圍巖多為膨脹砂巖、泥巖和泥質(zhì)砂巖,且隨砂巖厚度加大,粒度漸變至粗砂巖,泥質(zhì)膠結(jié),極易風(fēng)化。如我礦6020、T2022大巷處于軟弱圍巖之中;-793水平8241大巷和-950水平9041大巷同時(shí)還受采動(dòng)影響。

2 原有巷道支護(hù)狀況

唐山礦-793水平8241大巷原支護(hù)為錨網(wǎng)噴支護(hù),支護(hù)厚度100mm,巷道規(guī)格為4.8×3.5m。由于受礦壓和采動(dòng)影響,巷道變形嚴(yán)重,經(jīng)過刷大治理,巷道又改成14 m2金屬拱形支架支護(hù),棚距400mm。

套修治理后采用14m2金屬拱形支架支護(hù)也不能達(dá)到有效的支護(hù)效果,巷道基本每半年就需要套修一次才能滿足大巷運(yùn)輸、通風(fēng)和行人。這就給130年的老礦又增加了重?fù)?dān),在套修治理過程中需要投入大量的人力、物力。

3 優(yōu)化支護(hù)方案

根據(jù)-793水平8241大巷的實(shí)際情況,我們對(duì)8241大巷周圍的巷道、采區(qū)以及該段巷道的主要巖性進(jìn)行了分析和研究。最后,決定對(duì)支護(hù)方案進(jìn)行優(yōu)化,采用多層錨網(wǎng)噴+離散注漿+卸壓槽的支護(hù)方法對(duì)該段巷道進(jìn)行治理。同時(shí),適當(dāng)?shù)膶⑾锏罃嗝鏀U(kuò)大,使巷道在應(yīng)力的作用下變形后還能滿足正常的運(yùn)輸、通風(fēng)和行人的需要。

4 支護(hù)工藝

4.1 多支護(hù)單元

(1)初噴:巷道刷大后及時(shí)進(jìn)行一次初噴進(jìn)行臨時(shí)支護(hù),噴漿用425號(hào)普通硅酸鹽水泥,水泥:陶粒土=1:3,速凝劑的摻入量為水泥的5%,初噴厚度80～100mm。

(2)一次錨網(wǎng)噴:①初噴結(jié)束后及時(shí)打錨桿掛網(wǎng),錨桿采用φ2 2 m m,長2.0 m等強(qiáng)螺紋鋼樹脂錨桿,每根錨桿使用1卷CK2860樹脂錨固劑,錨桿間排距800mm×800mm,外露30～50m m。網(wǎng)片采用直徑為6 mm的鋼筋焊接而成,規(guī)格為1 70 0m m×1200mm,網(wǎng)片搭接為100mm,網(wǎng)與網(wǎng)用雙股16#鉛絲綁牢,綁絲間隔不大于300mm,網(wǎng)與錨桿同時(shí)布置。②打錨桿掛網(wǎng)結(jié)束后及時(shí)噴漿,噴漿用425號(hào)普通硅酸鹽水泥,水泥:陶粒土=1:3,速凝劑的摻入量為水泥的5%,本次噴層厚度為60～80mm。

(3)二次錨網(wǎng)噴:一次錨網(wǎng)噴巷道合格后,為提高噴漿層圍巖抗壓能力,采用二次錨噴加強(qiáng)支護(hù)。

①本次錨桿采用φ22mm,長2.4m等強(qiáng)螺紋鋼樹脂錨桿,每根錨桿使1卷CK2860樹脂錨固劑,錨桿間排距8000mm×8000mm,外露150～200mm(第三次掛網(wǎng)使用)。錨桿位置應(yīng)與一層錨桿錯(cuò)開,打在原錨桿間排距中間位置。

②金屬網(wǎng):采用直徑為6mm的鋼筋焊接而成,規(guī)格為1200mm×1700mm,網(wǎng)片搭接為100mm,網(wǎng)與網(wǎng)用雙股16#鉛絲綁牢,綁絲間隔不大于300mm,網(wǎng)與錨桿同時(shí)布置。

③噴漿:本次噴漿為巷道最終成型噴漿,應(yīng)按線噴漿,噴漿厚度50～80mm。巷道成型后,輪廓應(yīng)平直,支護(hù)強(qiáng)度應(yīng)合理。

(4)三次錨網(wǎng):二次錨網(wǎng)噴結(jié)束后,在表面掛一層防腐網(wǎng),網(wǎng)片采用直徑為6mm的鋼筋焊接而成,規(guī)格為1200mm×1700mm,網(wǎng)片搭接為100mm,網(wǎng)與網(wǎng)用雙股16#鉛絲綁牢,綁絲間隔不大于300mm,網(wǎng)片用二次錨網(wǎng)噴結(jié)束后外露出來的錨桿用托盤上緊。

4.2 離散注漿

(1)第一次注漿:注漿錨桿:注漿錨桿采用規(guī)格為φ22mm,長1.8m的注漿錨桿,打好的注漿錨桿以次編號(hào),以便統(tǒng)計(jì)注漿量。底腳注漿錨桿下扎角度30°～45°,底腳錨桿孔口低于底板100mm。注漿錨桿間排距1500×1500mm,外露50～80mm。

(2)第二次注漿:采用離散技術(shù)的方法對(duì)巷道進(jìn)行注漿,第一次注漿孔深2.0m,注漿后再打探眼探測(cè)圍巖整體性。如果圍巖已注成整體,第二次注漿孔3~4m深。

(3)注漿參數(shù):①注漿材料采用普通硅酸鹽42.5(原525)#水泥。

水灰比為0.7～1:1。②對(duì)于單孔而言,為了保證合理注漿量,一是控制泵壓在圍巖內(nèi)泵壓達(dá)到1.5～2.5MPa時(shí)應(yīng)停止注漿;二是根據(jù)相鄰鉆孔跑漿量來定,相鄰鉆孔一旦跑漿,應(yīng)及時(shí)封鄰孔或停止注漿。由于煤層及巖石破碎,單孔注漿量按0.5T/孔考慮。③注漿壓力為1.5～2.5MPa,最大注漿壓力為2.5MPa,底腳孔注漿壓力可加到2.5～3.0MPa。④為了防止注漿在弱面漿液擴(kuò)散較遠(yuǎn),造成跑漏現(xiàn)象,在控制注漿壓力和注漿量的同時(shí),必須控制注漿時(shí)間,一般為30～40分鐘。

4.3 阻斷應(yīng)力

阻斷應(yīng)力傳遞技術(shù)采用底腳泄壓槽。泄壓槽規(guī)格深×寬=400×400mm,如果圍巖破碎(煤層)泄壓槽規(guī)格深×寬=500×500mm。泄壓槽沿著慌斷面按照斜下45°往里布置,向外幫有400mm以上的寬度,泄壓槽挖到位后及時(shí)打錨桿掛網(wǎng)噴漿。

5 效果監(jiān)測(cè)

巷道刷大施工完成后,我們對(duì)8241大巷進(jìn)行了布點(diǎn)觀測(cè),每10米布置三個(gè)點(diǎn),分別在巷頂、兩幫各一個(gè)。觀測(cè)時(shí)間為6個(gè)月,剛開始每10天觀測(cè)一次,最大每天頂板位移量為0.2mm/d,兩幫為0.1mm/d。第40天開始至6個(gè)月末巷道基本處于平穩(wěn)狀態(tài)。

6 體會(huì)

(1)采用多支護(hù)單元分布式容錯(cuò)倍增構(gòu)建技術(shù)。利用支護(hù)單元各自優(yōu)勢(shì)承擔(dān)存儲(chǔ)負(fù)荷,不但解決了傳統(tǒng)支護(hù)體系統(tǒng)中弱強(qiáng)互補(bǔ)瓶頸問題,還提高了支護(hù)體系的可靠性、可用性和擴(kuò)展性。

(2)采用離散注漿技術(shù),實(shí)施不同層次、多時(shí)段、淺深孔的注漿結(jié)構(gòu)和相互關(guān)系,達(dá)到快速、高效和實(shí)用性更強(qiáng)的的圍巖固化支護(hù)技術(shù)。

(3)采用阻斷應(yīng)力傳遞技術(shù)。針對(duì)深部高應(yīng)力軟巖巷道復(fù)雜多變應(yīng)力,采取多層次、多時(shí)段的阻斷技術(shù)達(dá)到支護(hù)體系均勻承栽,動(dòng)態(tài)恢復(fù)工作阻力穩(wěn)定效果。有效的解決了疊加應(yīng)力、非對(duì)稱應(yīng)力和持續(xù)變化應(yīng)力對(duì)巷道的破壞。

(4)采用多層封層,中間加鋼筋網(wǎng)層為筋骨的砼土層,實(shí)現(xiàn)具有強(qiáng)韌釋壓和密貼封閉圍巖體的高強(qiáng)度高韌度的支護(hù)層封層,為不斷提高圍巖自身強(qiáng)度及在圍巖中穩(wěn)定一定漿液壓力提供重要基礎(chǔ),在圍巖注漿過程中穩(wěn)定一定漿液壓力,提高漿液粘結(jié)力,從而充分固化和提高圍巖自身強(qiáng)度。

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蔣金虎(1984— ),男,本科,礦建助理工程師 現(xiàn)在開灤(集團(tuán))唐山礦業(yè)分公司生產(chǎn)技術(shù)部工作。