王風(fēng)琨
(霍州煤電集團億隆煤業(yè),山西 霍州 031400)
趙莊二號井井田范圍內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,斷層、陷落柱、破碎帶等地質(zhì)構(gòu)造十分發(fā)育,煤體物理力學(xué)性質(zhì)條件惡化,巷道支護難度逐步增加。2103盤區(qū)集中巷服務(wù)年限約10年,掘進后一個月,突然出現(xiàn)頂板劇烈下沉,短時間內(nèi)下沉量超過300mm,頂板下沉破碎,給投入使用造成較大安全隱患。本文針對2103集中巷破碎頂板展開研究,分析頂板下沉破碎原因,制定錨索補強和注漿加固方案。
趙莊二號井2103巷為盤區(qū)集中巷,開口位置在西軌大巷北幫,位置見圖1,巷道掘進后1個月內(nèi),,距離西軌大巷280m~550m范圍,頂板出現(xiàn)急劇破碎、下沉現(xiàn)象,短時間內(nèi)下沉量達300mm,然后趨于穩(wěn)定。礦方提供地質(zhì)資料顯示,直接頂為砂質(zhì)泥巖,厚度0.78m;直接頂為粉砂巖,厚度6m。
2103集中巷寬度5m,高度3.4m,頂板采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護,每排6根錨桿,間距900mm,緊靠巷幫的錨桿距幫350mm,排距1000mm。頂錨索每排兩根,間距2m,排距3m,呈“二·○·○·二”布置,靠近巷幫的錨索距幫1.6m。
圖1 巷道位置關(guān)系圖
采用ZDY800煤礦用全液壓坑道鉆機,配套50mm鉆桿,75mm巖芯管和84mm金剛石取芯鉆頭,在2103盤區(qū)集中巷頂板破碎區(qū),向頂板進行垂直打孔取芯,取芯深度10m,取芯數(shù)量2個。
巖芯取出后,送至巖石力學(xué)實驗室,打磨加工成標準試樣后,進行成分分析和物理力學(xué)參數(shù)測定,部分巖石試樣如圖2所示。
圖2 部分標準試樣
測定結(jié)果:1#巖芯砂質(zhì)泥巖厚度3.7m,以上6.3m為粉砂巖;2#巖芯砂質(zhì)泥巖厚度3m,以上7m為粉砂巖。砂質(zhì)泥巖抗拉強度平均值為1.955MPa,單軸抗壓強度平均值為12.5MPa,堅固性系數(shù)平均值為2.934,粘結(jié)力為14.428MPa,內(nèi)摩擦角為29.4°,屬于軟巖;粉砂巖抗拉強度平均值為4.923MPa,單軸抗壓強度平均值為159.60MPa,堅固性系數(shù)平均值為15.9,粘結(jié)力為32.77MPa,內(nèi)摩擦角為47.1°。屬于極堅硬類巖石
由測定結(jié)果可以看出,此區(qū)域頂板砂質(zhì)泥巖厚度約3m~3.7m,與礦方提供頂板正常區(qū)域的0.78m差別較大,且砂質(zhì)泥巖巖性弱,是頂板發(fā)生下沉的根本原因。
在頂板錨索上安裝MCS-400型錨索測力計,監(jiān)測錨索受力狀況,發(fā)現(xiàn)破碎區(qū)域頂板錨索平均受力在400kN以上,且部分錨索已經(jīng)發(fā)生破斷,說明頂板錨索支護強度嚴重不足,是頂板發(fā)生下沉的主要原因。
在距離西軌大巷巷口280~550m頂板破碎范圍頂板進行錨索補強,在原兩排錨索之間補打兩排,每排三根,長度8.4m,呈“二·三·三·二”布置,補強后支護示意見圖3。
圖3 頂板錨索補強支護示意圖
錨索采用1×19股高強度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線,Φ22mm,樹脂加長錨固。頂錨索長度8.4m,錨固長度1970mm,預(yù)緊力不小于250kN。
首先對頂板進行鉆孔窺視,窺視深度10m,窺視結(jié)果表明:頂板上方0~3m離層、裂隙十分發(fā)育,頂板上方3~5.5m裂隙較少,5.5m以上沒有發(fā)現(xiàn)裂隙,因此確定注漿鉆孔垂直深度為5.5m。
頂板注漿鉆孔布置:鉆孔排距3m,每排3個,中間鉆孔沿巷道中線,垂直于巷道傾向,與頂板水平方向夾角75°(方向指向巷道往里),兩幫鉆孔開孔位置均距離巷幫1m,仰角均為75°,孔深均為6m,孔徑75mm。如圖4所示。
圖4 頂板注漿鉆孔布置示意圖
錨索補強及注漿加固實施后,通過6個月的巷道變形量觀測,發(fā)頂板下沉量不超過10mm,頂板下沉得到顯著控制;通過頂板錨索測力計觀測,錨索受力平均280kN且未發(fā)生明顯變化;通過頂板錨索拉拔試驗,錨固力均可達到35MPa以上。綜上觀測結(jié)果,頂板得到控制,不再發(fā)生明顯變化。
1)通過頂板取芯、頂板錨索受力測試,發(fā)現(xiàn)頂板砂質(zhì)泥巖厚度增大、錨索支護強度不足是2103集中巷頂板發(fā)生突然下沉、破碎的主要原因;
2)制定了頂板錨索補強方案,在鉆孔窺視的基礎(chǔ)上,進行了注漿鉆孔設(shè)計;
3)效果考察表明,錨索補強和注漿加固后,頂板下沉量顯著減小,錨索錨固力足夠,受力均勻,頂板控制效果明顯。