摘 要:針對內(nèi)蒙古棋盤井的三號礦井南翼回風(fēng)巷在過斷層破碎帶段時(shí),遇到了巷道難穩(wěn)定、原有支護(hù)不足等難題,急待返修。故文章就該返修巷道采取噴漿封閉、充填注漿加固、錨桿以及頂幫預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)和頂板錨索加強(qiáng)支護(hù)的復(fù)合支護(hù)關(guān)鍵技術(shù),并優(yōu)化設(shè)計(jì)了巷道斷面形狀。最后通過現(xiàn)場礦壓監(jiān)測結(jié)果分析可知,該方法較好的維護(hù)巷道圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,可有效地控制巷道變形,取得了較滿意的支護(hù)效果,值得借鑒和推廣。
關(guān)鍵詞:斷層破壞帶;返修巷道;支護(hù)關(guān)鍵技術(shù);方案設(shè)計(jì)
引言
三號井隸屬于內(nèi)蒙古棋盤井礦業(yè)有限公司,該礦南翼回風(fēng)巷在過斷層構(gòu)造的施工過程中,存在支護(hù)難度大、施工困難、巷道穩(wěn)定性差、圍巖變形大等問題,究其原因在于原有方案設(shè)計(jì)不合理。南翼回風(fēng)巷原設(shè)計(jì)為矩形斷面,凈斷面尺寸為4.0m×3.0m,沿煤層頂板掘進(jìn),采用錨網(wǎng)支護(hù)結(jié)構(gòu)。其中南翼回風(fēng)巷已進(jìn)入斷層破碎帶二十多米,圍巖較破碎。后配合采用11號礦用工字鋼雙棚支架支護(hù)使用,巷道在掘進(jìn)過程中仍出現(xiàn)大面積冒頂現(xiàn)象,型鋼支架上部存在嚴(yán)重的空頂現(xiàn)象,鑒于安全的因素巷道已經(jīng)被迫停工。基于以上原因需對巷道的掘進(jìn)與支護(hù)方式進(jìn)行優(yōu)化,保證該段巷道圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定[1-4]。
1 存在問題與支護(hù)關(guān)鍵技術(shù)
1.1 存在問題
針對三號井南翼回風(fēng)巷已進(jìn)入斷層破碎帶中頂板冒落較嚴(yán)重段,因巖石冒落在巷道上部會形成較大的空腔,其會顯著改變圍巖的應(yīng)力分布、降低巖體的承載能力,并造成圍巖的繼續(xù)破壞與冒落。
1.2 支護(hù)關(guān)鍵技術(shù)
基于以上問題,對返修巷道應(yīng)在掘進(jìn)迎頭形成隔斷,并進(jìn)行噴漿封閉,然后進(jìn)行壁后充填注漿加固,并設(shè)法充填滿頂板冒頂形成的空頂空間,再采用錨桿以及頂幫預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)和頂板錨索加強(qiáng)支護(hù),并對巷道斷面形狀進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),從而維護(hù)巷道圍巖整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,控制巷道變形。
2 已開挖段巷道支護(hù)技術(shù)方案及參數(shù)選取
已開挖巷道段采用的支護(hù)方案為雙排11#礦用工字鋼支架支護(hù)。上部巖體松散破碎,并且有很大的空腔,為了有效加固已開挖巷道段圍巖,加固技術(shù)方案確定為:充填注漿加固+頂幫錨網(wǎng)噴支護(hù)+頂板預(yù)應(yīng)力錨索加強(qiáng)支護(hù)。
2.1 充填注漿加固
由于已開挖巷道上部巖體比較松散破碎,并且形成很大的空腔,如果直接進(jìn)行錨網(wǎng)支護(hù),會降低錨桿在巖體中的錨固強(qiáng)度,甚至難以形成錨固結(jié)構(gòu),不能充分發(fā)揮錨桿支護(hù)的作用。因此,需要首先對兩幫和頂板進(jìn)行充填注漿加固。
兩幫注漿管使用Φ32mm焊接鋼管制作,規(guī)格為Φ32mm×1000mm,間排距1400mm×1200mm,采用風(fēng)鉆打眼,孔徑Φ45mm,孔深2000mm左右。頂板采用Φ48mm焊接管制作,規(guī)格為Φ48mm×1000mm,間排距1400mm×1200mm,孔徑Φ60mm,孔深2000mm左右,在噴漿前預(yù)埋好即可。注漿管布置如圖1所示。
注漿采用單液水泥-水玻璃漿液,水泥使用32.5級普通硅酸鹽水泥,水灰比控制在0.8~1.0左右,水玻璃的摻量為水泥用量的3%~5%。保證漿液結(jié)石率不低于92%,漿液固結(jié)體強(qiáng)度不低于20MPa,注漿壓力控制在2.0MPa以內(nèi),保證噴層不發(fā)生開裂。
兩幫注漿自底角向上一次完成,而頂板注漿根據(jù)空頂高度的不同可分3個(gè)循環(huán)進(jìn)行,第一循環(huán)控制在1.5m以內(nèi),孔深控制在2.5m以內(nèi),如該孔進(jìn)入巖層1.0m以上,則不需進(jìn)行第二循環(huán)注漿;第二循環(huán)控制在3.0m以內(nèi),孔深控制在4.0m以內(nèi),如該孔進(jìn)入巖層1.0m以上,則不需進(jìn)行第三循環(huán)注漿;第三循環(huán)要保證空頂區(qū)充填密實(shí),孔深要求進(jìn)入巖層1.0m以上。第二和第三循環(huán)的注漿孔均沿第一循環(huán)的注漿孔進(jìn)行延深。
2.2 頂幫預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)
充填注漿完成后,待漿液充填體達(dá)到規(guī)范要求強(qiáng)度(3d以上),即可進(jìn)行頂板預(yù)應(yīng)力錨索加強(qiáng)支護(hù)和頂幫預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)。
錨桿采用高性能螺紋鋼錨桿,規(guī)格為Φ20mm×2200mm,桿體采用直徑為20mm的左旋無縱筋螺紋鋼筋,鋼號BHRB500,桿尾螺紋為M22,間排距為800mm×600mm,錨桿孔直徑為Φ28mm,其采用1卷慢速M(fèi)2350型和1卷中速Z2350型樹脂藥卷加長錨固,錨固力不低于120kN,預(yù)緊力矩不低于200Nom。
2.3 頂板錨索加強(qiáng)支護(hù)
錨索采用高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線制作,規(guī)格為Φ18.9mm,長度為8900mm;孔徑為Φ28mm;采用1卷中速Z2350和2卷慢速Z2350型樹脂藥卷加長錨固;其極限承載力為375kN,伸長率為7%;采用高強(qiáng)度可調(diào)心托盤(300mm×300mm×16mm)和專用錨具與設(shè)備進(jìn)行張拉、固定和切割;錨索的預(yù)應(yīng)力不低于150kN,間排距為1600mm×1200mm。預(yù)應(yīng)力錨桿和預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
3 現(xiàn)場礦壓監(jiān)測技術(shù)
依據(jù)本文的設(shè)計(jì)方案和支護(hù)參數(shù),結(jié)合根據(jù)本礦區(qū)南翼回風(fēng)返修巷道的特點(diǎn),提出如下支護(hù)監(jiān)測方案主要包括以下幾方面:
(1)巷道表面位移量測。(2)錨桿(錨索)受力狀況監(jiān)測。(3)監(jiān)測數(shù)據(jù)處理、分析和反饋。
4 結(jié)束語
內(nèi)蒙古棋盤井礦業(yè)有限公司三號井南翼回風(fēng)巷在施工過程中存在巷道穩(wěn)定性差等支護(hù)技術(shù)難題,提出了噴漿封閉設(shè)計(jì)思路,采用壁后充填注漿加固技術(shù),最大程度的充滿填塞頂板離層空間區(qū)域,再采用“頂板錨索加強(qiáng)支護(hù)+頂幫預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)”技術(shù)手段。通過在現(xiàn)場開展方案實(shí)施,對礦山壓力進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測,為圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定狀態(tài)分析提供反饋信息。監(jiān)測結(jié)果表明本項(xiàng)目的優(yōu)化方案和參數(shù)設(shè)計(jì)較為合理,滿足了巷道正常使用要求,給礦區(qū)帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益,具有參考價(jià)值。
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作者簡介:康占忠(1966-),男,內(nèi)蒙古鄂爾多斯人,工程師,1988年畢業(yè)于內(nèi)蒙古煤炭工業(yè)學(xué)校地下采煤專業(yè)(現(xiàn)內(nèi)蒙古科技大學(xué)煤炭學(xué)院),現(xiàn)任內(nèi)蒙古棋盤井礦業(yè)有限責(zé)任公司總工程師,三礦礦長。