王龍華
(山西焦煤霍州煤電集團呂梁山煤電有限公司方山店坪煤礦,山西 呂梁 033102)
本文以店坪煤礦2061 巷為例,根據(jù)圍巖松動圈理論,對巷道過斷層期間提出了優(yōu)化支護方法[1-5],采用“注漿+加長錨桿(索)”聯(lián)合支護技術(shù),實現(xiàn)經(jīng)濟和可靠性的兼顧。
山西焦煤霍州煤電集團呂梁山煤電有限公司方山店坪煤礦2061 巷位于二采區(qū)東翼,巷道東部為井田邊界,南部為保護煤柱,西部為二采區(qū)大巷,北部為204 采空區(qū)。2061 巷設(shè)計長度為1724 m,巷道斷面規(guī)格為寬×高=4.4 m×2.9 m,巷道掘進煤層為9#層。2061 巷從開口到1190 m 煤厚從2.6 m 逐漸變厚為3.3 m,從1190 m 到1690 m 煤厚從3.3 m逐漸變薄為2.8 m,從1690 m 到切巷煤層逐漸變厚至2.9 m。9#煤層頂?shù)装鍘r性見表1。
表1 9#煤層頂?shù)装鍘r性情況表
2061 巷初步支護設(shè)計中頂板采用錨桿(索)、金屬網(wǎng)、鋼帶聯(lián)合支護,頂板每排布置6 根錨桿,錨桿間距為0.8 m,排距為1.0 m,錨桿外露端安裝一根M 型鋼帶,鋼帶長度為4.2 m,寬度為0.15 m;頂板每排布置3 根單錨索,錨索間距為1.5 m,排距為3.0 m;金屬網(wǎng)采用8#鉛絲編制的菱形網(wǎng)格金屬網(wǎng),規(guī)格為長×寬=5.0 m×1.5 m。
2061 巷采用綜合機械化掘進工藝掘進,截至目前巷道已掘進580 m。根據(jù)地質(zhì)資料,巷道掘進至597 m 處將揭露F5 正斷層,該斷層落差為2.5 m,傾角為52°,斷層對巷道掘進影響長度為40 m(應(yīng)力區(qū))。巷道掘進至575 m 處時進入斷層應(yīng)力區(qū),巷道在斷層應(yīng)力區(qū)頂板破碎嚴(yán)重,原設(shè)計的巷道頂板支護出現(xiàn)失效現(xiàn)象,無法對應(yīng)力區(qū)破碎頂板起到有效的控制作用。
根據(jù)錨桿(索)支護理論以及圍巖松動圈理論,對應(yīng)力區(qū)巷道圍巖進行深部圍巖注漿加固,配合錨網(wǎng)聯(lián)合支護,從而實現(xiàn)經(jīng)濟可靠的圍巖控制效果。
(1)注漿加固技術(shù)原理。通過對應(yīng)力區(qū)深部圍巖施工注漿孔,并進行高壓注漿,使得注漿材料高壓滲透至裂隙巖內(nèi),對裂隙發(fā)育巖體進行填充粘接,進行重組,從而降低裂隙擴張破壞以及控制圍巖松動圈范圍擴大,提高整體圍巖力學(xué)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)穩(wěn)定性。
(2)注漿設(shè)備與材料。采用FBY50/70 型雙液注漿泵進行注漿施工,管路使用高強鍍鋅鋼質(zhì)注漿管。粘結(jié)材料為普通硅酸鹽水泥和水玻璃混合液,水灰比為1:1.2,漿液注速依據(jù)管路的具體情況而定。
(3)注漿鉆孔布置。2061 巷掘進至580 m 處時,對頂板施工注漿鉆孔,每排布置三個注漿鉆孔,鉆孔深度為5.0 m,直徑為45 mm,鉆孔間距為1.5 m,所有鉆孔與頂板仰角為50°,兩幫鉆孔與巷幫夾角為60°,注漿鉆孔排距為5.5 m。注漿完成后,要保證裂隙破碎帶注漿加固成為一個整體。
(4)注漿漿液凝結(jié)后,使用Ф22 mm×15000 mm 錨索進行深層巖體的錨固,錨索的預(yù)應(yīng)力不低于400 kN。
2.2.1 施工順序
在巷道截割完成后,首先利用錨桿鉆機施工頂錨桿(索),配合鋼筋網(wǎng)進行聯(lián)合支護,形成巷道初期的永久支護。再施工預(yù)應(yīng)力錨索,將表層松動圈錨固到圍巖深部,形成組合梁與組合拱,利用圍巖的自身承載力保持巷道的圍巖穩(wěn)定性。最后對巷道進行噴漿施工,使組合梁組合拱與表層圍巖形成一個強有力的支護整體。
2.2.2 支護參數(shù)
(1)頂板鋼筋網(wǎng)。頂板鋪設(shè)的鋼筋網(wǎng)規(guī)格為長×寬=4.5 m×1.2 m,鋼筋網(wǎng)采用直徑為5 mm 圓鋼編制而成,網(wǎng)格規(guī)格為長×寬=80 mm×80 mm。相鄰兩片金屬網(wǎng)搭接寬度為0.2 m,采用8#鉛絲五花連接。
(2)頂板錨桿。頂板大錨桿采用長3.5 m、直徑25 mm 的MSGLW-500 25/3500 加長無縱筋螺紋鋼錨桿,錨桿抗拉強度為500 MPa,延展率為15%,每排布置5 根,錨桿間距×排距=1.0 m×1.1 m;錨桿外露端安裝一根長度為4.2 m五眼“JW”型鋼帶。
(3)頂板錨索。頂板錨索采用長度為8.3 m、直徑為21.8 mm 的SKP22×1/21.8·8300 型高強度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線,錨索抗拉強度為860 MPa,延展率大于7%,每排布置2 根,錨索間距為2.5 m,排距為3.3 m;同一排錨索外露端安裝一根長度為3.0 m、寬度為0.18 m 槽鋼并采用高強度鎖具預(yù)緊?!白{+大錨桿(索)”聯(lián)合支護斷面、平面示意圖如圖1。
圖1 “注漿+大錨桿(索)”聯(lián)合支護斷面、平面示意圖
在2061 巷過F5 斷層應(yīng)力影響區(qū)每隔10 m 安裝一臺頂板離層觀測儀、一臺巷道位移傳感器,進行30 d 現(xiàn)場觀察分析。優(yōu)化前后巷道兩幫及頂板變形量對比曲線圖如圖2。
分析圖2 可以看出:采取優(yōu)化支護方案后,0~19 d,受圍巖塑性變形影響,巷道變形量成直線上升,19 d 后,支護體逐漸發(fā)揮了耦合支護作用,控制了圍巖變形。巷道采用傳統(tǒng)錨桿(索)支護時,頂板最大下沉量為0.33 m,兩幫最大移進量為0.47 m;而采用“注漿+大錨桿(索)”聯(lián)合支護后,在應(yīng)力區(qū)頂板最大下沉量為0.11 m,比優(yōu)化前降低了66.7%,兩幫最大移進量為0.17 m,比優(yōu)化前降低了63.8%。支護優(yōu)化后,大大降低巷道圍巖變形程度,提高了巷道圍巖的穩(wěn)定性,支護效率比原傳統(tǒng)方法提高了17.6%,材料人工成本減小了29.7%,實現(xiàn)了降本增效的發(fā)展理念。
圖2 優(yōu)化前后巷道兩幫及頂板變形量對比曲線圖
針對2601 巷掘進過斷層破碎帶期間原巷道支護復(fù)雜、支護勞動強度大、支護效果差等技術(shù)難題,提出了以高強度大錨桿(索)聯(lián)合支護為核心,輔以巷道圍巖深孔注漿加固技術(shù),有效控制了應(yīng)力區(qū)圍巖變形、破碎、冒落等現(xiàn)象,提升了應(yīng)力區(qū)頂板支護安全性能,成功實現(xiàn)了安全穩(wěn)定、經(jīng)濟可靠的圍巖控制效果。