任學(xué)剛
(潞安集團(tuán)左權(quán)阜生煤業(yè)有限公司,山西 晉中 032600)
潞安集團(tuán)左權(quán)阜生煤業(yè)有限公司二采區(qū)變電所設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為60m,硐室斷面規(guī)格為寬×高=4.7×3.2m,硐室沿15#煤層頂?shù)装宀贾?,直接頂主要以炭質(zhì)泥巖為主,平均厚度為4.2m,基本頂主要以細(xì)砂巖為主,平均厚度為11.4m。
二采區(qū)變電所圍巖采用錨桿、錨索進(jìn)行支護(hù)。頂板每排布置6 根長(zhǎng)度為2.4m、直徑為20mm 左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿,錨桿間距為0.9m,排距為1.0m;頂板錨索采用長(zhǎng)度為7.3m、直徑為18.9mm 預(yù)應(yīng)力錨索,錨索間距為1.8m,排距為3.0m;巷幫采用長(zhǎng)度為2.0m、直徑為20mm 單錨桿進(jìn)行支護(hù),每排施工四根,錨桿間距為0.9m,排距為1.0m。如圖1所示。
圖1 二采區(qū)變電所錨桿支護(hù)斷面示意圖
(1)開(kāi)采深度影響。由于二采區(qū)不斷開(kāi)拓延伸,采區(qū)深度加大,造成上覆巖層應(yīng)力加大。二采區(qū)變電所在應(yīng)力集中作用下,巷道圍巖承受壓力升高,圍巖壓縮、剪切變形嚴(yán)重,從而導(dǎo)致巷道頂板下沉、兩幫變形以及底鼓等現(xiàn)象。
(2)巷道圍巖松軟。由于二采區(qū)變電所布置在15#煤層中,巷幫煤體松軟,呈破碎狀,在應(yīng)力作用下巷道兩幫出現(xiàn)擠壓破壞,導(dǎo)致巷幫移近量加大,最大移近量達(dá)0.8m。巷道直接頂為炭質(zhì)泥巖,巖石普氏系數(shù)f=3.5,巖體呈層狀結(jié)構(gòu),承載能力差,在應(yīng)力作用下出現(xiàn)破碎現(xiàn)象,且向頂板深處延伸,最終導(dǎo)致頂板下沉、破碎,甚至出現(xiàn)局部冒頂現(xiàn)象。巷道底板主要以復(fù)合巖層為主,巖體單軸抗壓強(qiáng)度不足45MPa,且底板采用混凝土硬化,厚度為0.2m,混凝土強(qiáng)度為C20,導(dǎo)致巷道底板應(yīng)力承受能力差,在兩幫圍巖應(yīng)力作用下,底板出現(xiàn)嚴(yán)重破壞變形,導(dǎo)致底鼓現(xiàn)象。
(3)圍巖支護(hù)效果差。變電所頂板采用長(zhǎng)度為2.5m 錨桿進(jìn)行支護(hù),錨桿錨固端位于頂板應(yīng)力破碎松動(dòng)圈內(nèi),在長(zhǎng)期應(yīng)力作用下錨桿錨固效果逐漸降低,抗拉拔力不滿足支護(hù)要求,導(dǎo)致錨桿無(wú)法起到懸吊作用。
為了提高二采區(qū)變電所圍巖穩(wěn)定性,決定對(duì)變電所圍巖采用“注漿+安裝L 型鋼棚”等優(yōu)化聯(lián)合措施進(jìn)行維護(hù)。
(1)巷幫注漿鉆孔布置。每個(gè)巷幫布置一排注漿斜孔,鉆孔深度為4.0m,鉆孔與巷幫成45°仰角布置,鉆孔施工在距頂板1.5m 處,鉆孔間距為3.0m,兩幫共計(jì)施工40 個(gè)注漿鉆孔。
(2)頂板注漿鉆孔布置。頂板每排布置兩個(gè)鉆孔,鉆孔深度為5.0m,鉆孔與頂板及兩幫成60°夾角布置,鉆孔間距為1.5m,排距為3.0m,頂板共計(jì)施工40 個(gè)注漿鉆孔。
(3)注漿工藝。采用馬麗散與催化劑以1 ∶1混合配比溶液進(jìn)行加固,采用ZBQ 型氣動(dòng)注漿泵進(jìn)行注漿,幫部鉆孔注漿壓力為1.1MPa,頂部鉆孔注漿壓力為1.5MPa,注漿后采用膨脹水泥進(jìn)行封孔處理。
為了提高頂板支護(hù)體支護(hù)質(zhì)量,變電所圍巖注漿1d 后,采用恒阻錨索代替錨桿支護(hù)。
(1)恒阻錨索長(zhǎng)度為3.5m,直徑為21.6mm,每排施工5 根,錨索間距為0.9m,排距為1.5m,如圖2 所示。
有能力單獨(dú)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的業(yè)主大多是項(xiàng)目資源豐富、實(shí)力雄厚的集團(tuán)公司,它們往往成立諸如碳資產(chǎn)公司這樣的子公司專門進(jìn)行CDM項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)工作,相當(dāng)于一個(gè)咨詢公司在單獨(dú)運(yùn)作項(xiàng)目。
(2)每排錨索外露端起吊一根長(zhǎng)度為4.5m 的11#工字鋼梁,每根鋼梁焊制5 根直徑為30mm 圓孔。鋼梁起吊后在錨索外露端分別安裝一塊長(zhǎng)度及寬度為0.1m 鋼方墊以及鎖具,并將鋼梁進(jìn)行預(yù)緊。
(3)恒阻錨索外露長(zhǎng)度不得超過(guò)0.25m,每根錨索配套三個(gè)錨固劑,分別為一支型號(hào)為MSCK23/35,兩支型號(hào)為MSK23/60,上部超快下部快速,錨固力不得低于170kN,預(yù)緊力不得低于266kN。
(1)首先對(duì)變電所底鼓段進(jìn)行起底施工,二采區(qū)變電所底鼓長(zhǎng)度為50m,起底寬度為4.5m,深度為0.3m,起底后保證起底面平整。
(2)在起底面依次鋪設(shè)“L”型鋼棚,每米鋪設(shè)兩組,排距為2.0m。鋼棚長(zhǎng)邊為2.0m,短邊為1.5m,長(zhǎng)邊緊貼底鼓面,短邊緊貼巷幫?!癓”鋼棚鋪設(shè)完后,長(zhǎng)邊采用兩根長(zhǎng)度為1.5m 地錨將其與底板固定,短邊采用一根地錨與巷幫固定,如圖2 所示。
(3)二采區(qū)變電所底鼓段共計(jì)安裝25 組“L”型鋼棚,鋼棚鋪設(shè)且固定后,對(duì)起底段采用強(qiáng)度為C40 型混凝土進(jìn)行澆筑,澆筑厚度為0.3m。澆筑期間必須用振動(dòng)泵進(jìn)行震動(dòng),澆筑后確保澆筑面平整。
圖2 二采區(qū)變電所圍巖變形綜合維護(hù)施工斷面圖
潞安集團(tuán)左權(quán)阜生煤業(yè)有限公司生產(chǎn)技術(shù)部通過(guò)技術(shù)研究,對(duì)二采區(qū)變電所底鼓機(jī)理進(jìn)行合理分析,并對(duì)其圍巖提出“注漿+安裝L 型鋼棚”聯(lián)合維護(hù)措施,通過(guò)實(shí)際應(yīng)用取得了顯著成效。
(1)采用注漿加固技術(shù)提高了圍巖膠結(jié)穩(wěn)定性及承載能力,防止巷幫片幫破碎、頂板冒落等事故發(fā)生,使煤巖體單軸抗壓強(qiáng)度提高至60MPa 以上。
(2)采用恒阻錨索及鋼梁代替原頂板錨桿支護(hù),保證了支護(hù)體錨固端位于堅(jiān)硬頂板內(nèi),提高了支護(hù)錨固質(zhì)量及支護(hù)體懸吊作用,防止頂板離層現(xiàn)象。
(3)對(duì)變電所底鼓段進(jìn)行起底并安裝“L”型鋼棚,提高了底板承載能力,有效防止了底鼓現(xiàn)象。
(4)二采區(qū)變電所圍巖變形采取聯(lián)合控制措施后,通過(guò)實(shí)際應(yīng)用發(fā)現(xiàn),巷道頂板下沉量及底鼓量控制在0.3m 以下,巷幫移近量控制在0.4m 以下,保證了變電所安全使用。