卸壓封底技術(shù)控制底鼓的研究與應(yīng)用

黃義通,劉 揚(yáng),程傳超,孫士明

(兗礦集團(tuán)濟(jì)寧二號(hào)煤礦)

卸壓封底技術(shù)控制底鼓的研究與應(yīng)用

黃義通①,劉 揚(yáng),程傳超,孫士明

(兗礦集團(tuán)濟(jì)寧二號(hào)煤礦)

分析了兗礦集團(tuán)濟(jì)寧二號(hào)煤礦沿空巷道的地質(zhì)條件,提出一種新的控制底鼓技術(shù)—卸壓封底技術(shù)。卸壓封底技術(shù)是利用巷道圍巖在彈塑性變形劇烈期間,提前在巷道底板上開挖一道梯形的卸壓槽,當(dāng)巷道圍巖應(yīng)力重新分布釋放時(shí),通過卸壓槽松動(dòng)底板,使巷道圍巖彈性能得到釋放。在巷道變形進(jìn)入相對(duì)穩(wěn)定階段后,為阻止底板巖層流變的繼續(xù)發(fā)生,導(dǎo)致使底板兩角逐漸向巷道中間移動(dòng),又及時(shí)采用底腳支護(hù)的方式控制底鼓。解決了沿空掘進(jìn)巷道底鼓的難題,為今后沿空巷道與軟巖巷道的施工探索出一條新的途徑。

卸壓封底;閉合封底;卸壓槽

目前兗礦集團(tuán)濟(jì)寧二號(hào)煤礦小煤柱沿空順槽掘進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用雖取得了較好的效果,但沿空掘進(jìn)巷道的底鼓問題一直是困擾著施工現(xiàn)場的難題;特別是該礦在施工2307軌順、2303運(yùn)順、3304運(yùn)順等沿空掘進(jìn)時(shí),遇到的底鼓問題直到回采也沒有得到有效地解決,造成巷道斷面縮小,水溝、軌道破壞,給生產(chǎn)帶來了很大的影響。所以,該礦在施工2308軌順時(shí)對(duì)治理巷道底鼓技術(shù)進(jìn)行了研究和探索,取得了較好的效果。

1 沿空巷道的地質(zhì)條件

2308軌順位于二采區(qū)中部,東到北翼大巷保護(hù)煤柱邊界,南鄰2307采空區(qū),西到八里鋪斷層保護(hù)煤柱線,北鄰設(shè)計(jì)的2309工作面。工作面上方有23上02采空區(qū)。工作面內(nèi)煤層起伏變化大,煤層傾角2°～10°,平均5°;工作面東部煤層相對(duì)較薄,西部較厚,局部含0.4 m左右的泥巖夾矸1～2層。煤層普氏系數(shù)(f)1.91左右,為軟～中等硬度煤層。根據(jù)2307面運(yùn)輸順槽及二采區(qū)中部三維地震勘探資料分析,在掘進(jìn)過程中將揭露落差2.0 m以上的斷層5條以上,對(duì)掘進(jìn)有較大的影響。受褶曲及八里鋪斷層的影響,面內(nèi)次級(jí)褶曲發(fā)育,在褶曲兩翼和軸部將伴生小型斷層,地質(zhì)條件較復(fù)雜。受地質(zhì)條件的影響,巷道掘進(jìn)后,最大的環(huán)向集中應(yīng)力值達(dá)到73 MPa,巷道圍巖巖層的平均單向抗壓強(qiáng)度為50 MPa,所以隨著巷道的不斷掘進(jìn),圍巖的蠕變速度、蠕變時(shí)間都在增加,特別是圍巖巖性強(qiáng)度較低的層位,圍巖變形更加劇烈,勢必造成巷道不同層段不同部位的受力不均,就會(huì)造成巷道應(yīng)力的分布不均,從而進(jìn)一步加劇巷道變形;所以,未經(jīng)支護(hù)的底板最容易遭到破壞,造成巷道底鼓。

2 根據(jù)地質(zhì)條件,提出卸壓封底技術(shù)

通過對(duì)二采區(qū)2308軌順地質(zhì)條件及掘進(jìn)期間圍巖的變形的觀測、分析與研究,發(fā)現(xiàn)二采區(qū)底鼓主要原因是巷道圍巖壓力引起的,屬于應(yīng)力型底鼓,兩幫與頂板的巖性強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于底板強(qiáng)度,所以在巖柱的應(yīng)力作用下巖層產(chǎn)生了塑性變形、流變和擴(kuò)容,向巷道內(nèi)擠壓,這樣就形成了弧狀形底鼓,顯現(xiàn)特征見圖1。

針對(duì)這種顯現(xiàn)特征在施工2308軌順時(shí)創(chuàng)新了一種新的控制底鼓技術(shù)-卸壓封底技術(shù)。

根據(jù)長期的巷道觀測與研究,得知巷道在掘進(jìn)后,圍巖由于受不同的地質(zhì)條件、掘進(jìn)條件的影響,就開始在受力破壞,這一破壞過程一般分為4個(gè)階段:

1)壓密階段,2)彈性階段,3)塑性階段,4)破壞階段。而這4個(gè)階段又是一個(gè)反復(fù)循環(huán)的過程,在巷道掘進(jìn)過程中大部分圍巖都是處于彈性或塑性階段,而圍巖在塑性階段是巷道遭到破壞最為嚴(yán)重的時(shí)期,經(jīng)過這個(gè)階段后巷道圍巖進(jìn)入一種相對(duì)穩(wěn)定階段。

圖1 弧狀形底鼓顯現(xiàn)特征圖

3 卸壓封底技術(shù)

卸壓封底技術(shù)就是利用巷道圍巖在彈塑性變形劇烈期間,提前在巷道底板上開挖一道梯形的卸壓槽,卸壓槽上口尺寸為500 mm,下口尺寸為300 mm;當(dāng)巷道圍巖應(yīng)力重新分布釋放時(shí),通過卸壓槽松動(dòng)底板,使巷道圍巖彈性能得到釋放,從而避免了巷道局部底板出現(xiàn)嚴(yán)重的底鼓現(xiàn)象。

在巷道變形進(jìn)入相對(duì)穩(wěn)定階段后,為阻止底板巖層流變的繼續(xù)發(fā)生,防止使底板兩角逐漸向巷道中間移動(dòng),又及時(shí)進(jìn)行了閉合封底加固,閉合封底加固就是通過在巷道底角按與底板30°夾角進(jìn)行補(bǔ)打錨桿,然后對(duì)底板進(jìn)行澆注,使原來開放式的矩形支護(hù)狀態(tài)變成一種閉合式的環(huán)形支護(hù)狀態(tài),使巷道的錨網(wǎng)支護(hù)形成了高強(qiáng)的閉合拱,從而加強(qiáng)了巷道的支護(hù)強(qiáng)度,控制了底鼓的再次發(fā)生。在進(jìn)行閉合加固時(shí),對(duì)原來的卸壓槽,進(jìn)行了改造,澆筑成固定的水溝,用于疏放巷道內(nèi)積水,綜合利用了卸壓槽,從而避免了因巷道內(nèi)積水浸泡軟巖底板導(dǎo)致底鼓的發(fā)生,見圖2。

圖2 卸壓封底及閉合封底加固示意圖

4 結(jié) 論

卸壓封底技術(shù)是根據(jù)長期的巷道觀測與研究并綜合利用礦山壓力與巖層控制理論,創(chuàng)新性的提出的一種沿空掘進(jìn)控制底鼓的新技術(shù)。它不僅解決了沿空掘進(jìn)巷道的底鼓這個(gè)一直困擾著施工技術(shù)人員的難題;為今后沿空巷道與軟巖巷道的施工探索出了一條新的道路。

Research and Application on Pressure Relief Bottom Sealing Technology Control Floor Heave

Huang Yi-tong,Liu Yang,Cheng Chuan-chao,Sun Shi-ming

Analyses the geology condition of roadway along gob area in Jining No.2 coal mine of Yankuang group,puts forward a new kind of control floor heave technology-pressure relief botton sealing. The pressure relief bottom sealing technology is by using the tunnel wall rock during elastoplasticity severe deformation,ahead of time excavates a pressure relief slot of a trapezoidal shape on the tunnel floor,when the tunnel wall rock stress re-distribution release,through the pressure relief slot loose floor,enables the tunnel wall rock elasticity to obtain release.After the tunnel distortion in relatively stable stage,for preventing floor rock rheology continue,lead to bottom corners gradually to the tunnel middle move;Also timely has carried on the bottom supporting,control floor heave.Solves the difficult problem of floor heave in roadway along gob,for the future explore a new way in the construction of roadway along gob and soft rock tunnel.

Pressure relief bottom sealing;Closed bottom sealing;Pressure relief slot

book=6,ebook=205

TD327.3

B

1672-0652(2010)06-0036-02

2010-04-22

黃義通 男 1977年出生 1999年畢業(yè)于徐州煤炭工業(yè)學(xué)校 工程師 濟(jì)寧 272072