高應力軟巖巷道支護技術研究

鐘傳義

(安徽恒源煤電股份公司, 安徽宿州市 234000)

高應力軟巖巷道支護技術研究

鐘傳義

(安徽恒源煤電股份公司, 安徽宿州市 234000)

臥龍湖煤礦-480南翼軌道大巷巖性較差,且對應力擾動非常敏感。分析了巷道圍巖變形特征和失穩機理,指出結構穩定性對支護承載結構具有重要作用。提出了-480南翼軌道大巷支護技術方案,并成功應用于工程實踐。

高應力軟巖巷道;錨網索支護;底板治理;補償支護

臥龍湖煤礦位于安徽省濉溪縣,井田內已發現落差不等的斷層24條,礦井地質條件復雜,巷道圍巖呈現出高應力軟巖的特點。本文在分析巷道圍巖變形特征與破壞機理的基礎上,從支護承載結構穩定性出發,提出了錨網索支護技術方案,為此類巷道支護提供借鑒。

1 工程背景

如圖1所示,-480南翼軌道大巷位于105工作面和104工作面之間,受到工作面采動的強烈影響,該段巷道經過多次擴修。巷道圍巖巖性以泥巖為主,層理比較發育,且受到105工作面和104工作面開采引起的側向支承壓力作用,巷道圍巖表現為高應力軟巖的特征,巷道淺部破碎巖體在高應力作用下極易產生強烈的剪脹變形。

作為礦井南翼采區運輸、行人、通風的咽喉通道,-480南翼軌道大巷服務年限較長,而巷道變形嚴重,遠遠達不到使用斷面的要求,嚴重影響礦井的安全高效生產,迫切需要用一種新型的支護技術來控制圍巖變形。

2 巷道變形特征及機理分析

2.1 原有支護變形特征

-480南翼軌道大巷為直墻半圓拱形巷道,設計凈斷面4.0m×3.6m,原有支護采用錨網支護,巷道變形主要表現為底臌嚴重,兩幫內移和頂板下沉量大,兩肩窩破壞,巷道全斷面收縮,無法保證巷道的正常使用。

2.2 巷道變形破壞機理分析

(1)上方工作面開采的影響。受到104和105工作面開采引起的側向支承壓力的影響,應力水平高,巷道圍巖極易屈服變形。

圖1 -480南翼軌道巷與工作面的相對位置關系

(2)巷道圍巖完整性差。

(3)現有支護存在問題。原有支護僅使用了Φ20mm×2000mm的20MnSi高強螺紋鋼錨桿,間排距為800mm×800mm,支護強度不夠,且支護結構的結構穩定性差。

(4)未采取治底措施。

3 高強穩定型錨網支護技術思路

高強穩定型錨網支護的技術思路是:首先根據巷道使用斷面的要求,進行擴巷并實施一次錨網支護,針對圍巖比較破碎的特點,一次錨網支護后進行注漿,提高圍巖的完整性和殘余強度;其次進行二次錨網支護提高錨網支護的剛度和強度;再次利用小孔徑預應力錨索在巷道承載結構的薄弱部位進行結構補償,提高支護承載結構的結構穩定性。

4 高強穩定型錨網支護技術方案

針對-480南翼軌道大巷圍巖體強度較低,長期受工作面開采引起的側向支承壓力影響的特點,提出-480南翼軌道巷結構穩定型支護技術方案,具體參數如下。

4.1 一次錨網索支護方案

首先進行擴巷,擴巷后毛斷面尺寸為4.3m×3.75m,采用一次高強錨網索支護。

(1)選用Φ20mm×2500mm左旋無縱筋螺紋鋼錨桿,間、排距為800mm×800mm,錨桿預緊力矩應不小于300N.m,兩幫底角錨桿向下傾15°,輔助控制巷道底臌。一次錨網支護參數如圖2所示。

圖2 一次支護錨網索支護斷面

(2)采用電阻焊技術加工Φ6mm的鋼筋自連網,并且沿巷道徑向布置鋼筋梯子梁,進一步提高護表效果和發揮錨網支護中錨桿的整體支護效果。

(3)錨桿托盤采用大小為150mm×150mm、厚度為10mm的鼓形托盤。

(4)采用Φ17.8mm×6500mm的小孔徑高強預應力錨索實施結構補償,錨索排距1.6m,既能提高淺部圍巖的穩定性,又能夠有效發揮深部穩定巖體的承載能力。

4.2 注漿加固方案

一次錨網支護后,對圍巖實施注漿加固。注漿錨桿間、排距1.5m×1.5m,起注高度0.4m,孔深1.5m。注漿材料水灰比以0.7左右為宜。

4.3 二次錨網索支護方案

針對高應力軟巖巷道圍巖變形強烈的特點,一次錨網索支護后,應及時進行二次支護,增加支護強度的同時,提高支護承載結構穩定性。

二次支護采用Φ20mm×3000mm的錨桿,用鋼帶替換鋼筋梯子梁,沿巷道軸向布置,其他技術參數參照一次支護技術。二次支護錨網索布置如圖3所示,軌道巷錨網支護展開見圖4。

圖3 二次支護錨網索布置

圖4 軌道巷錨網支護展開

4.4 底板支護方案

支護承載結構是一個相互影響的整體,尤其是高應力軟巖巷道,若不治底很難控制巷道的變形,針對臥龍湖煤礦-480南翼軌道大巷的具體情況,在進行上述支護后,統一實施底板支護。

底板支護方案采用兩種形式的支護斷面,具體支護形式如圖5所示,且斷面A和斷面B相間布置,并利用小孔徑預應力錨索提高底板承載結構的穩定性。底板錨桿規格為Φ20mm×3000mm,要求錨桿預緊力矩不低于300N.m,錨桿或錨索間、排距為1.1m×1.6m,錨索預緊力不低于100kN。

為監測支護效果,施工后進行了礦壓監測,采用上述支護技術方案以后,-480南翼軌道大巷支護狀況有了明顯改善,整個觀測期間,頂板累計下沉量10mm,累計底臌量33mm,兩幫累計移近量為21mm。

5 主要結論

(1)高應力軟巖巷道不能只注重支護剛度,應在保證一定支護剛度的基礎上,從支護承載結構的結構穩定性出發,在承載結構的薄弱部位用錨索支護進行結構補償,提高圍巖整體承載性能。

(2)對于高應力軟巖巷道,必須進行底板治理。底板的穩定性對于整個支護結構的穩定性起到非常重要的作用。

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2012-02-28)

鐘傳義(1974-),男,工程師,安徽濉溪縣人,業務主管,從事掘進技術管理工作,Email:tlajyy@163.com。