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        煤礦深部軟巖巷道圍巖控制技術(shù)研究

        2020-06-15 11:11:50李世華
        視界觀·上半月 2020年5期
        關(guān)鍵詞:底鼓鋼筋混凝土軟巖

        摘? ? 要:某煤礦+535軌道石門在掘進(jìn)期間底鼓明顯,底鼓量達(dá)900mm/月以上。經(jīng)多次臥底修護(hù),仍不能滿足礦井基本建設(shè)需要。本文分析了該礦井下巷道底鼓的基本形式及影響因素,提出了采用底板錨桿與澆灌鋼筋混凝土反底拱聯(lián)合加固技術(shù)防治破碎軟巖巷道底鼓的方法,對通過對試驗段進(jìn)行巷道位移觀測,巷道平均底鼓量為97mm,有效的解決了礦井深部極軟巖巷道底鼓治理難題。

        關(guān)鍵詞:深部巷道;底鼓;反底拱;鋼筋混凝土;軟巖

        一、工程地質(zhì)概況

        礦井+535軌道石門,巷道全長860m,埋深750m,采用錨網(wǎng)噴聯(lián)合支護(hù)。巷道掘進(jìn)過程中主要揭露了細(xì)砂巖和泥巖,抗壓強(qiáng)度均在7~17 MPa。巖石主要礦物成分為粘土礦物和石英,平均含量分別為55%和44%。其中粘土礦物主要是高嶺石、伊/蒙混層和伊利石等礦物,平均含量依次為44%、40%和14%,礦物顆粒中間有較強(qiáng)的膨脹性,即遇水后顆粒水膜加厚、吸水性大、易軟化、強(qiáng)度和穩(wěn)定性差。

        +535軌道石門在掘進(jìn)期間,巷道變形嚴(yán)重,具體表現(xiàn)為底鼓、兩幫收斂、肩窩下沉,拱頂噴漿體爆皮漲裂嚴(yán)重。巷道斷面縮小平均45%,軌道彎曲變形,不能通車,底板巖石泥化嚴(yán)重,給正常施工帶來極大的安全隱患。每隔15天就要臥底、整理軌道一次,給掘進(jìn)任務(wù)的完成帶來很大難度。

        二、巷道底鼓原因分析

        巷道內(nèi)巖石的擴(kuò)容、膨脹是引起巷道底鼓的主要原因。由于巷道所處的地質(zhì)條件、底板圍巖性質(zhì)和應(yīng)力狀態(tài)的差異,主要以膨脹型底鼓和應(yīng)力型底鼓兩種形式存在。通過對現(xiàn)場底鼓情況進(jìn)行分析,+535軌道石門底鼓的主要影響因素:

        (一)由于巷道埋深較深,底板圍巖與水膨脹,且隨時間發(fā)生體積增大,局部有淋水的部位不斷向巷道內(nèi)鼓起。

        (二)由于礦井在初期設(shè)計時,巷道布置過于集中,造成壓力疊加,也是造成巷道長時間底鼓的主要因素。

        (三)由于巷道底板圍巖與水軟化,整個底板圍巖強(qiáng)度降低,根據(jù)井下巷道臥底時觀察實際破壞狀況表明,井下應(yīng)力型底鼓主要顯現(xiàn)為層狀結(jié)構(gòu)底板底鼓。

        (四)由于巷道未進(jìn)行底板支護(hù),巷道拱頂和兩幫采用普通的錨網(wǎng)噴支護(hù)強(qiáng)度與深部地應(yīng)力相比太小,所以巷道收斂變形嚴(yán)重,巷道多次返修后還是處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

        三、反底拱支護(hù)設(shè)計及施工

        (一)巷道反底拱支護(hù)設(shè)計方案

        針對以上情況,即在巷道底板進(jìn)行澆灌鋼筋混凝土反底拱支護(hù)設(shè)計試驗。鋼筋混凝土反底拱支護(hù)斷面如圖1所示。

        (一)反底拱支護(hù)設(shè)計為雙層綁扎鋼筋網(wǎng),垂直于巷道方向的鋼筋順反底拱綁扎成弧形網(wǎng),鋼筋網(wǎng)使用Φ22 mm@300mm×300mm螺紋鋼縱、橫捆扎。

        (二)混凝土標(biāo)號C20,混凝土配比為水泥:砂子:石子=1:2:2(體積比),水泥采用標(biāo)號為P.O32.5普通硅酸鹽水泥,砂子為含水率4%~6%的河沙,石子規(guī)格為10~20mm,拌料要嚴(yán)格按配比進(jìn)行,要攪拌均勻。

        (三)反底拱掘挖成弧形,底拱中部至設(shè)計巷道混凝土底板上水平面垂直深度952mm。

        (四)反底拱墊層為在巷道底板加100mm生石灰墊層,生石灰墊層可以吸收底板水分,并使自身固化,形成有一定強(qiáng)度的隔離層。鋼筋網(wǎng)不得直接接觸巷道底板。

        (五)反底拱兩幫預(yù)留剛筋可搭接多種剛性支護(hù)材料對巷道兩幫及拱頂進(jìn)行全斷面支護(hù)。

        (六)為了減少巷道底板直接接觸水源,巷道底板不預(yù)留水溝,采用分段集中水管排水。

        (二)施工工藝

        采用人工放震動炮、配合風(fēng)鎬、手鎬施工,采取分段掘挖、分段澆灌的方法施工,兩班掘挖一班澆灌,快速施工。

        工藝過程:放炮松動—墊實、加固軌道—出矸清理—打設(shè)底錨—綁扎鋼筋網(wǎng)—緊固錨桿—澆灌混凝土—灑水養(yǎng)護(hù)—加固巷道底腳、噴漿。

        四、應(yīng)用效果

        為了了解+535軌道石門進(jìn)行澆灌鋼筋混凝土反底拱的支護(hù)效果,在試驗巷道長度100m內(nèi)采用十字布點法進(jìn)行巷道位移觀測。在100m試驗段內(nèi)每隔20m布置1個測點,進(jìn)行2個月的礦壓觀測,通過對試驗段與未進(jìn)行反底拱加固段的巷道表面位移觀測結(jié)果進(jìn)行對比,在底鼓未治理巷道內(nèi)底鼓量為1823mm,兩幫移近量1045mm,頂板下沉量753mm。澆灌反底拱后,底鼓量為97mm,此數(shù)據(jù)為試驗段巷道個測點平均值。從試驗段礦壓觀測結(jié)果分析,澆灌反底拱對治理該礦區(qū)深部極軟巖巷道效果明顯,減少了巷道重復(fù)臥底、修護(hù)對巷道圍巖的再次破壞,減少了礦井基本建設(shè)費用投資,更減少了工人在掘進(jìn)期間的勞動強(qiáng)度。鋼筋混凝土治理軟巖巷道底鼓技術(shù),先后在該礦集中皮帶機(jī)道、井底車場、主回風(fēng)石門等主要巷道共計3100m巷道得到應(yīng)用,且取得了良好的效果,加快了礦井建設(shè)的步伐。

        五、結(jié)語

        軟巖極軟巖礦壓與圍巖控制是當(dāng)今世界地下工程中最復(fù)雜的技術(shù)難題之一。隨著礦井開采深度的增加,生產(chǎn)礦井軟巖巷道管理困難,巷道大變形、大地壓、底鼓嚴(yán)重,難支護(hù),陷入重復(fù)投資、多次復(fù)修的困境。鋼筋混凝土治理軟巖巷道底鼓技術(shù),解決了該礦煤礦的生產(chǎn)實際問題,對國內(nèi)類似條件礦區(qū)也有借鑒意義。

        作者簡介:李世華(1985-),男,河南洛陽人,助理工程師,現(xiàn)在義安煤礦掘進(jìn)二隊從事技術(shù)管理工作。

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