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        平煤六礦中央變電所底鼓治理技術(shù)研究

        2021-10-14 06:42:52梅學(xué)曉
        山東煤炭科技 2021年9期
        關(guān)鍵詞:底鼓變電所錨索

        梅學(xué)曉

        (平頂山天安煤業(yè)股份有限公司六礦,河南 平頂山 467002)

        隨著礦井開采深度的增加,在深部高應(yīng)力作用下的巷道穩(wěn)定性變差[1]。由于巷道所處應(yīng)力環(huán)境復(fù)雜,特別是對(duì)于圍巖軟弱巷道,其自承載能力較差,巷道變形破壞嚴(yán)重[2-3]。底鼓作為軟巖巷道變形破壞的主要表現(xiàn)形式,當(dāng)?shù)坠牧枯^大時(shí),巷道喪失穩(wěn)定性,從而影響礦井的通風(fēng)和運(yùn)輸安全,因此治理底鼓成為保證礦井安全高效生產(chǎn)的重要任務(wù)[4-5]。

        1 工程概況

        平煤六礦北二進(jìn)風(fēng)井中央變電所是北二采區(qū)的供變電系統(tǒng)專用硐室,中央變電所埋深為960 m。中央變電所頂?shù)装鍘r性主要為泥巖、砂質(zhì)泥巖、中粒砂巖和戊8煤。中央變電所位于9.6 m泥巖層中,巖層巖性分布情況見表1。中央變電所位于進(jìn)風(fēng)井底車場和水倉中間,兩端分別為變電所通道和中央泵房,中央變電所分布位置如圖1。中央變電所總長64.5 m,寬5.8 m,硐室截面為直墻半圓拱形,墻高1.5 m,拱高2.9 m,巷道凈斷面積為21.9 m2。由于巷道斷面面積較大,埋深較深,所處層位巖性較為軟弱,巷道圍巖變形劇烈,巷道底鼓嚴(yán)重,對(duì)中央變電所的正常使用造成了極大影響。針對(duì)中央變電所存在的問題,通過現(xiàn)場調(diào)研以及后期分析探討,采用“壁后注漿+組合錨索”的巷道圍巖支護(hù)方案,并進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn),取得了很好的支護(hù)效果。

        表1 平煤六礦中央變電所頂?shù)装鍘r性分布情況

        圖1 中央變電所分布位置圖

        2 巷道支護(hù)方案設(shè)計(jì)

        平煤六礦北二進(jìn)風(fēng)井中央變電所由于水平埋深較大,巖層較為破碎,裂隙發(fā)育,另外巷道斷面大,巷道變形嚴(yán)重。為了更好地治理圍巖變形問題,采用“壁后注漿+組合錨索”的治理方案控制圍巖變形。具體巷道斷面支護(hù)設(shè)計(jì)圖如圖2。

        圖2 巷道斷面支護(hù)設(shè)計(jì)圖

        中央變電所通過注漿填充圍巖裂隙,提高巷道圍巖的完整性。注漿錨桿選用Ф20 mm×2.5 m中空注漿錨桿,間排距為800 mm×800 mm。注漿材料主要采用普通硅酸鹽水泥和堿性水玻璃。另外,在壁后注漿的基礎(chǔ)上,通過增加組合錨索,將巷道圍巖與深處穩(wěn)定巖層連接,進(jìn)而減小巷道變形量。注漿組合錨索每組由4根Φ17.8 mm鋼絞線組成,長16 m,巷道底板斷面以上的組合錨索間排距為3 m×3 m,底板組合錨索間排距為3 m×2 m。

        3 工業(yè)性試驗(yàn)及效果分析

        3.1 壁后注漿施工工藝

        如圖3為注漿鉆孔布置示意圖。由于漿液在注漿孔內(nèi)以左右擴(kuò)散為主,因此注漿孔深與圍巖的加固深度基本相同。為了有效加固中央變電所圍巖,將壁后注漿孔深設(shè)計(jì)為2.5 m。注漿壓力的選取與圍巖的滲透性、漿液的流動(dòng)性以及擴(kuò)散范圍有著密切的關(guān)系,中央變電所巷道圍巖存在明顯裂隙。另外,部分巖體的滲透性較差,因此注漿壓力采用2~3 MPa。中央變電所壁后注漿材料主要采用P.042.5級(jí)新鮮普通硅酸鹽水泥和M=2.4~3.2、P=35~45°Bé堿性水玻璃,水泥與水玻璃體積比為2:1。

        圖3 注漿孔布置示意圖

        具體施工流程為:鉆孔→埋管→連接注漿管路→注清水試驗(yàn)→注漿→封孔→清洗設(shè)備。

        3.2 組合錨索施工工藝

        中央變電所組合錨索支護(hù)在施工前應(yīng)在巷道內(nèi)根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙準(zhǔn)確標(biāo)記出組合錨索安裝位置。采用LF100潛孔鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔施工,鉆孔過程中,先使用潛孔鉆沖擊確定孔口位置,然后進(jìn)行轉(zhuǎn)進(jìn)。在安裝組合錨索時(shí),應(yīng)將其輕推至孔底,推送過程中要保護(hù)好排氣管和套在錨索自由端的塑料套管,組合錨索推至孔底后要檢查排氣管是否暢通。錨索推進(jìn)時(shí),在錨索尾端5 m套入塑料套管并用扎絲綁扎牢固,防止注漿時(shí)張拉段錨索進(jìn)入漿液,孔口采用水泥漿液封堵,封堵長度大于300 mm。

        在進(jìn)行鉆孔內(nèi)的注漿工作之前,要認(rèn)真地檢查注漿錨索的管路,保證管線完好無損。注漿的漿液采用水泥和砂子組合的水泥砂漿,漿液的配比為水泥:砂子=2~3:1,注漿壓力控制在2~3 MPa,根據(jù)注漿的實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。準(zhǔn)備工作完畢后,開動(dòng)注漿泵進(jìn)行注漿,注漿過程中設(shè)專人觀察排氣管,當(dāng)排氣管中排出砂漿時(shí)停止注漿,關(guān)閉注漿管。

        等注漿孔內(nèi)的水泥砂漿凝結(jié)固化后,在組合錨索上安裝組合錨索托盤。在安裝組合錨索托盤前,先在孔口找平,然后將組合錨索托盤安裝在組合錨索上并安裝錨具,之后用千斤頂對(duì)鉆孔內(nèi)的注漿組合錨索進(jìn)行逐根張拉。單根錨索張拉的強(qiáng)度不小于100 kN。

        3.3 巷道變形監(jiān)測分析

        為了監(jiān)測中央變電所巷道變形,在巷道內(nèi)建立測站觀測巷道表面位移變化情況。巷道在治理前的表面位移變化曲線如圖4(a)。巷道底板下沉量、兩幫收斂量以及底板鼓起量最大分別為731 mm、512 mm和317 mm,巷道整體變形嚴(yán)重。采用“壁后注漿+組合錨索”的圍巖支護(hù)方案對(duì)中央變電所進(jìn)行治理后,在相同位置對(duì)巷道表面變形繼續(xù)進(jìn)行監(jiān)測,監(jiān)測時(shí)間持續(xù)兩個(gè)月。治理后的巷道表面位移變化曲線如圖4(b)。巷道底板下沉量、兩幫收斂量以及底板鼓起量最大分別為127 mm、89 mm和68 mm,巷道整體變形得到了有效的控制,采用“壁后注漿+組合錨索”的方案對(duì)中央變電所底鼓治理取得了明顯效果。

        圖4 巷道表面變形監(jiān)測曲線

        從圖4(b)中可以看出,在觀測的前20 d,巷道表面位移急劇變化,在觀測40 d后,巷道表面位移已基本趨于水平,巷道的圍巖已達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定,表明中央變電所采用該支護(hù)方案在施工后的40 d內(nèi)已經(jīng)充分發(fā)揮支護(hù)作用,很好地控制了巷道圍巖變形。

        4 結(jié)論

        (1)平煤六礦北二進(jìn)風(fēng)井中央變電所巷道斷面面積較大,埋深較大,所處層位巖性較為軟弱,巷道圍巖變形劇烈,巷道底鼓嚴(yán)重。針對(duì)存在的問題,提出了“壁后注漿+組合錨索”的巷道圍巖支護(hù)方案,通過工業(yè)性試驗(yàn),取得了很好的支護(hù)效果。

        (2)“壁后注漿+組合錨索”支護(hù)方案能夠有效地控制巷道表面圍巖的位移,提高巷道支護(hù)體系的承載能力。另外,該支護(hù)方案能夠極大地減小巷道破壞變形的塑性區(qū)域,較好地控制巷道頂?shù)装搴蛢蓭偷拇怪迸c水平應(yīng)力。

        (3)對(duì)巷道表面變形進(jìn)行監(jiān)測分析。在前20 d,巷道表面位移急劇變化,在40 d后,巷道表面位移基本趨于水平,表明中央變電所采用的支護(hù)方案在施工后的40 d內(nèi)已經(jīng)充分發(fā)揮支護(hù)作用,很好地控制了巷道圍巖變形。

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