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        深部動壓劇烈區(qū)域大斷面硐室圍巖卸壓技術(shù)研究

        2022-11-05 03:24:10滕鑫麟
        煤炭與化工 2022年9期
        關(guān)鍵詞:泵站錨索底板

        滕鑫麟

        (冀中能源股份公司 東龐礦,河北 邢臺 054000)

        1 概 況

        我國煤礦平均采深已達(dá)到700 m 左右,并以每年10~25 m 的速度遞增。深部巖體所處的“三高一擾動”復(fù)雜力學(xué)環(huán)境使得深井巷道圍巖呈現(xiàn)出變形持續(xù)時間長、絕對變形量大、收斂速度快等不同于淺部圍巖的變形破壞特征,有針對性地開展系統(tǒng)研究具有必要性和緊迫性。

        東龐礦深部水平12 采區(qū)皮帶巷、軌道巷、回風(fēng)巷在經(jīng)歷采動影響后,發(fā)生圍巖大變形與支護(hù)系統(tǒng)損毀等劇烈礦壓現(xiàn)象,需要進(jìn)行全斷面擴(kuò)刷整修。21215 工作面設(shè)計停采線與大巷間煤柱為150 m,12 采區(qū)泵站硐室位于停采線與大巷之間,距離停采線約75 m,因此,當(dāng)21215 工作面推進(jìn)至停采線附近時,強(qiáng)烈的動壓影響使該硐室發(fā)生更大范圍劇烈礦壓現(xiàn)象,甚至發(fā)生安全事故。此外,當(dāng)21215 工作面開采完后,該硐室仍將服務(wù)于12 采區(qū)其它工作面,常規(guī)的支護(hù)手段不能滿足于21215工作面及強(qiáng)采動影響。

        2 硐室內(nèi)部卸壓及控制

        東龐礦12 采區(qū)大斷面集中供液泵站硐室圍巖內(nèi)部卸壓控制措施有7 項:①頂板及兩幫補(bǔ)打注漿錨索梁桁架;②底板兩底角開挖卸壓槽;③頂?shù)装鍐误w柱雙向強(qiáng)支撐;④兩幫煤體內(nèi)部造穴卸壓;⑤囊袋恒阻系統(tǒng)安裝及卸壓孔洞閉合度觀測;⑥采動超前應(yīng)力觀測;⑦巷道圍巖礦壓監(jiān)測(包括錨索受力、單體柱受力等)及確定二次及多次卸壓時機(jī)。泵站硐室總體施工方案如圖1 所示。

        圖1 泵站硐室總體施工方案Fig.1 Overall construction scheme of pump station chamber

        3 硐室圍巖卸壓控制方案關(guān)鍵參數(shù)及施工

        3.1 硐室頂板及兩幫注漿錨索梁桁架

        硐室頂板每排補(bǔ)打2 根φ21.8 mm×10 500 mm 長錨索(注漿錨索)加強(qiáng)支護(hù),注漿錨索與頂板夾角約75°,錨索間距約2.4 m,排距為3.2 m,左右兩側(cè)錨索距離巷壁約1.3 m,頂錨索上好1 卷S2360 樹脂藥卷、3 卷Z2360 樹脂藥卷攪拌至孔底后,施工人員把注漿專用銅管送入錨索孔內(nèi)進(jìn)行注漿,采用化學(xué)漿液進(jìn)行注漿加固,注漿壓力約3 MPa。注漿完成后及時漲拉錨索,頂板錨索預(yù)緊力為130 kN。左右2 根注漿錨索用H 型雙鋼帶梁配套方形大托盤(400 mm×400 mm)、托盤(200 mm×200 mm)及小托盤連接。(頂板錨索自硐室外側(cè)第9 排起每隔10 排回采幫錨索安裝1 個錨索測力計共安裝4 個頂板錨索測力計),硐室頂板共需錨索數(shù)量為92 根。

        硐室兩幫補(bǔ)打注漿錨索梁桁架(與頂板錨索梁桁架并行施工)。12 采區(qū)集中泵站硐室兩幫分別補(bǔ)打3 根注漿錨索梁桁架,錨索規(guī)格為φ21.8 mm×6 500 mm 注漿錨索,上排錨索上仰15°,下排錨索下俯5°,注漿錨索間距為1.2 m,排距為1.6 m,上排錨索距離頂板300 mm,下排錨索距離底板300 mm,幫錨索上好1 卷S2360 樹脂藥卷、3卷Z2360 樹脂藥卷攪拌至孔底后,施工人員把注漿專用銅管送入錨索孔內(nèi)進(jìn)行注漿,采用化學(xué)漿液進(jìn)行注漿加固,注漿壓力約3 MPa。注漿完成后及時漲拉錨索,兩幫錨索預(yù)緊力不低于100 kN。幫部上下3 根錨索用H 型雙鋼帶梁配套方形大托盤(400 mm×400 mm)、托盤(200 mm×200 mm)及小托盤連接,形成錨索梁桁架結(jié)構(gòu),抵御硐室兩幫松軟煤體整體向外臌出。

        3.2 硐室底板兩側(cè)切槽卸壓及頂?shù)装鍐误w柱雙向強(qiáng)支撐

        為抵御大斷面集中泵站硐室底板煤巖體大范圍向外臌出,對硐室底板兩側(cè)實施切槽卸壓,切槽深度400 mm,寬度為300 m,具體根據(jù)現(xiàn)場底板切槽實際變形情況實施多次切槽。為控制硐室頂板下沉量及抵御底板明顯向外臌出,硐室巷內(nèi)布設(shè)單體柱對頂?shù)装暹M(jìn)行雙向強(qiáng)支撐,每排布置3 根單體柱,并配合π 型鋼梁支護(hù),單體柱分別布置在距離設(shè)備側(cè)幫0.2 m、距離設(shè)備側(cè)幫2.4 m 及距離回采側(cè)幫0.2 m 位置處,排距為1.0 m,π 型鋼梁規(guī)格以4.5 m 長的π 型鋼梁為主(同時需配備3.0 m長的π 型鋼梁約10 根、3.5 m 長的π 型鋼梁約30 根、4.5 m 長的π 型鋼梁約107 根),其布置方向與硐室軸向方向相互垂直。泵站硐室巷內(nèi)單體支柱布置如圖2 所示。

        圖2 泵站硐室巷內(nèi)單體支柱布置Fig.2 Arrangement of single pillar in pumping station chamber roadway

        3.3 兩幫卸壓孔洞參數(shù)及實施位置

        卸壓孔位于硐室兩幫距離底板1.0 m 高度(設(shè)備位置處高度可增大至1.5 m),傾斜于巷壁軸向方向45°且上仰3°布置,兩幫卸壓孔排距為4.0 m,外部小孔直徑約133 mm,傾斜布置的小孔孔深約17 m,深部造穴孔深3.0 m,一次出煤量約5 m3。為防止造穴沖孔對兩幫淺部錨固體內(nèi)煤體的破壞,首先對深度為15 m 范圍內(nèi)直徑133 mm 鉆孔內(nèi)插入127 mm 的地質(zhì)鋼管,然后鉆頭通過鋼管對深部17 m 煤體內(nèi)實施造穴,造穴完成后及時封孔。當(dāng)囊袋系統(tǒng)閉合度達(dá)80%左右時,實施二次造孔洞卸壓。

        4 硐室圍巖卸壓控制預(yù)期效果分析

        由圖3 大斷面硐室圍巖位移量觀測結(jié)果可知,靠近皮帶巷測站圍巖變形最為嚴(yán)重,且硐室各個測站圍巖變形以底板臌起最為明顯,3 個斷面底板臌起量均超過220 mm,靠近皮帶巷側(cè)硐室底板臌起超過500 mm。

        圖3 大斷面硐室圍巖移近量變化曲線Fig.3 Variation curve of surrounding rock displacement of large section chamber

        截至2021 年4 月30 日,靠近軌道巷側(cè)布置的A 測站(第68 d 對底板局部重新整平,局部臥底約70 mm)頂?shù)装遄冃瘟考s為210 mm,兩幫移近量最大約為130 mm,其中頂板下沉量為50 mm,底板臌起量為160 mm,回采幫移近量為77 mm,大巷幫移近量為53 mm。

        硐室中部位置布置的B 測站頂?shù)装遄冃瘟考s為520 mm,兩幫移近量最大約為310 mm,其中頂板下沉量為118 mm,底板臌起量為402 mm,回采幫移近量為200 mm,大巷幫移近量為110 mm,該位置處底臌量較為明顯??拷鲜彝獠科飩?cè)布置的C 測站圍巖變形量最為劇烈,頂?shù)装遄冃瘟考s為630 mm,兩幫移近量最大約為230 mm,其中頂板下沉量為100 mm,底板臌起量為530 mm,回采幫移近量為130 mm,大巷幫移近量為100 mm,靠近皮帶巷側(cè)硐室底臌量最為明顯。目前,硐室底板臌起量較為明顯,而底臌過程正是深部圍巖卸壓的過程,在保證硐室兩幫移近量穩(wěn)定條件下底臌的發(fā)生,對控制大斷面硐室兩幫圍巖具有積極作用。

        除硐室底板臌起量外,以上位移量主要發(fā)生在造穴施工前。當(dāng)大斷面硐室兩幫煤體內(nèi)部造穴實施后,圍巖位移量明顯變小,同時圍巖移近速度顯著降低。因此,以大斷面硐室圍巖頂板下沉量、大巷側(cè)幫移近量、回采幫移近量為觀測指標(biāo),充分證明了硐室兩幫煤體內(nèi)部實施造穴取得了良好的圍巖卸壓效果,硐室圍巖變形量發(fā)相對較為穩(wěn)定。

        5 結(jié) 語

        當(dāng)硐室頂板開始受采動應(yīng)力影響時,卸壓槽受圍巖擠壓作用頂板圍巖發(fā)生彎曲下沉,底板臌起明顯,特別是深部煤體不斷向外擠出,使卸壓槽持續(xù)被填充、閉合,卸壓槽空間持續(xù)縮小。硐室巷道采用注漿錨索+單體π 型鋼支護(hù)后,通過在巷道周圍開挖卸壓孔洞空間對巷道圍巖卸壓,兩幫變形量及底臌量在可控范圍內(nèi),未發(fā)生明顯變形,保障了硐室巷道的穩(wěn)定,調(diào)控效果顯著。

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