深部開采礦井大斷面巷道支護技術實踐

劉福輪 徐天才 孟慶保

1 工程概況

口孜東礦主井井底裝載膠帶機巷連接主井井底南、北煤倉下口及主井,作為煤倉下口裝煤及運煤通道,服務年限 60年,巷道斷面超過40m2,巷道底板標高-890m,該礦地面標高+25m。

2 地質條件

該段巷道主要在 18-1,18-2煤層中掘進,整體巖層巖性局部較松軟。在掘進過程中將依次揭露:砂質泥巖層,巖層厚度14.5m;鋁質泥巖層,巖層厚度1.7m;18-1煤層,煤層厚度0.5m;細砂巖層,巖層厚度3.0m;砂質泥巖層,巖層厚度1.5m;18-2煤層,煤層厚度0.5m;砂質泥巖層,巖層厚度1.1m。該段巷道巖層局部較松軟,巖層裂隙發(fā)育,巖層剖面傾角南傾約5°,剖面傾角東傾約 3°。

3 支護設計

3.1 永久支護形式

巷道施工時,首先采取錨網(wǎng)索噴一次支護,永久支護錨桿距迎頭距離不得超過 2.2m;后期進行澆筑混凝土二次支護。

3.2 巷道斷面形狀

巷道及硐室斷面均為直墻半圓拱形。巷道支護斷面圖見圖 1。

3.3 斷面尺寸

掘面積:47.4m2,掘寬:8 540 mm,掘高:6 470mm;凈面積: 46.2m2,凈寬:8 400mm,凈高:6 400mm。

3.4 錨網(wǎng)索噴支護參數(shù)

1)錨桿間排距為0.7m×0.7m。錨索間排距為1.5m×1.4m,每排布置 7根。2)錨網(wǎng)采用錨桿壓槎;錨網(wǎng)搭接不小于 100mm,用12號鐵絲聯(lián)網(wǎng),聯(lián)網(wǎng)點間距不大于 300mm。3)安裝錨桿時,每孔使用3卷Z2350型錨固劑,錨固劑攪拌時間為 20 s～30 s。安裝錨索時,每孔使用 3卷Z2850型錨固劑,錨固劑攪拌時間為30 s～ 45 s。4)噴漿厚度為70mm,混凝土標號為C20。初噴厚度不小于50mm,并及時進行復噴。

3.5 錨網(wǎng)索支護材料

1)錨桿采用φ22左旋無縱筋專用Ⅱ級高強螺紋鋼加工,長度為2.5m。2)錨桿托板采用厚10mm鋼板加工成窩型托板,規(guī)格為長×寬×厚=120mm×120mm×10mm。3)錨網(wǎng)采用φ6鋼筋焊制,規(guī)格為長×寬=1 600mm×900mm,網(wǎng)孔規(guī)格為100mm× 100mm。4)錨索采用φ21.8鋼絞線,長6.3m。錨索托板采用厚14mm鋼板加工,采用大小兩塊托板疊加,大托板規(guī)格為長 ×寬×厚=300mm×300 mm×14 mm,小托板規(guī)格為長×寬×厚= 150mm×150mm×14mm。5)鋼帶:采用Φ12圓鋼焊制H型鋼帶,規(guī)格為3.0m,2.4m和1.6 m三種。6)錨固劑:Z2350型或Z2850型錨固劑。

3.6 噴漿支護材料

水泥為P.O 32.5水泥,黃砂為中砂,細度模數(shù)2.5,瓜子片粒徑5mm～10mm,配合比(重量比)為水∶水泥∶黃砂∶瓜子片= 0.45∶1∶2.13∶2.13,速凝劑摻入量為水泥重量的 4%。

4 臨時支護

4.1 臨時支護形式

正常情況下采用戴帽點柱做臨時支護,當圍巖破碎、過地質構造帶或頂板為砂質泥巖或煤層等松軟巖層時采用超前螺紋鋼、護頂錨桿作臨時支護。

4.2 臨時支護材料及支護參數(shù)

1)戴帽點柱。點柱選用直徑不小于 200mm,長度不小于 2.5m的圓木,柱帽采用規(guī)格:長×寬×高=1 800mm×150mm×150mm。正常情況下最大控頂距不超過 2.3m,如頂板巖石穩(wěn)定性較差時,采用逐排施工,最大控頂距不超過 1.0m。

2)超前鋼筋和護頂錨桿。超前鋼筋采用直徑 28 mm、長度3.0m的螺紋鋼。護頂錨桿同支護錨桿。正常情況下最大控頂距不超過 2.3m,如頂板巖石穩(wěn)定性較差或者頂部為煤時,采用逐排施工,最大控頂距不超過1.0m。

3)超前鋼筋和護頂錨桿支護工藝。超前鋼筋是在一個循環(huán)結束后,進行下一循環(huán)時從巷道頂部打入起到超前控頂?shù)淖饔谩＜丛诖蜓郾魄?沿巷道拱部輪廓線外 50mm～100mm位置以間距300mm～500mm(頂板破碎嚴重時縮小間距)之間施工一圈超前支護螺紋鋼,巖性不穩(wěn)定時可視現(xiàn)場情況縮小施工超前支護間距。按照眼位用風錘沿巷道坡度打眼,眼深2.5m～2.7m,然后把螺紋鋼插入眼內,并用支護錨桿、錨網(wǎng)、鋼帶壓接牢固。保證螺紋鋼外露不小于300mm,爆破后螺紋鋼在巖體內預埋300mm以上。

護頂錨桿是在爆破后,敲幫問頂,找凈迎頭危巖浮矸,人員站在有支護的頂板下向迎頭沒支護的頂板打 5根護頂錨桿并掛網(wǎng)進行臨時支護。護頂錨桿間距在 700mm～1 000 mm之間,每根錨桿使用 2卷錨固劑,并掛網(wǎng)作臨時支護。護頂錨桿與巖面夾角不得小于 75°,每根錨桿抗拔力不得小于 80 kN。

5 技術質量要求

1)錨索施工可以與迎頭施工同時進行,巖石較硬,巖石層較為完整時,錨索距離迎頭為 6m～8m。巖性差,頂板巖石破碎或錨桿生根在炭質泥巖等軟巖中時,錨索必須緊跟迎頭。2)錨索施工時,必須保證錨索生根在穩(wěn)定巖石段不少于2m,否則必須加長錨索長度。3)錨桿外露長度:露出螺母10mm～50mm;錨索露出鎖具長度為300mm,允許偏差0mm～-100mm。4)錨桿螺母扭矩力不小于 140 N?m,錨桿抗拔力不小于 80 kN/根,錨索預應力不小于 160 kN/根。5)噴射均勻,噴漿后噴漿表面無裂縫、蜂窩、孔洞、露筋、穿裙、赤腳現(xiàn)象,基本飽滿密實,無明顯凸凹現(xiàn)象。噴漿表面平整度不大于50mm(1m2范圍內)。

巷道施工后的礦壓觀測結果表明巷道離層值在允許范圍之內,說明該支護方式適應深井大斷面巷道的支護需要,滿足安全生產要求。

[1] 李 群.深井軟巖巷道錨注支護機理分析及其工程應用[J].山西建筑,2009,35(16):117-118.