深部高應力影響下軟巖巷道支護技術研究

蔣金虎

(開灤(集團) 唐山礦業分公司,河北唐山 063000)

深部高應力影響下軟巖巷道支護技術研究

蔣金虎

(開灤(集團) 唐山礦業分公司,河北唐山 063000)

深部礦井高應力影響下軟巖巷道支護的穩定性問題,是世界巷道支護中普遍存在的難題,各國業內專家都從理論和實踐,技術與工藝,材料與裝備上進行大量研究,提出了主動性支護的理念和原則。然而,對這一理念和原則的推廣應用,卻又因不同國度和自然條件而呈現不同的狀況。本文結合唐山礦的實際情況,研究制定了深部高應力影響下軟巖巷道支護技術方案,并取得了良好的支護效果。

深部 高應力 軟弱巖 離散注漿

1 基本情況

開灤(集團)有限責任公司唐山礦業分公司是我國煤礦開采歷史高達百年以上的老礦,礦區建設的快速進展,使礦井的開采深度和作業空間越來越復雜,礦井開采深度及范圍的變化,影響巷道施工的困難因素從多方顯現,尤其是凸顯的“小區域高應力富含帶”復雜多變應力,給巷道支護帶來更大的難度,成為制約礦井深部開采的瓶頸。

目前我礦井在用主生產系統巷道失修量約1600米,動壓破壞占70%。目前急需治理的巷道約1000米,80%為動壓影響所致。同時這些巷道圍巖多為膨脹砂巖、泥巖和泥質砂巖,且隨砂巖厚度加大,粒度漸變至粗砂巖,泥質膠結,極易風化。如我礦6020、T2022大巷處于軟弱圍巖之中;-793水平8241大巷和-950水平9041大巷同時還受采動影響。

2 原有巷道支護狀況

唐山礦-793水平8241大巷原支護為錨網噴支護,支護厚度100mm,巷道規格為4.8×3.5m。由于受礦壓和采動影響,巷道變形嚴重,經過刷大治理,巷道又改成14 m2金屬拱形支架支護,棚距400mm。

套修治理后采用14m2金屬拱形支架支護也不能達到有效的支護效果,巷道基本每半年就需要套修一次才能滿足大巷運輸、通風和行人。這就給130年的老礦又增加了重擔,在套修治理過程中需要投入大量的人力、物力。

3 優化支護方案

根據-793水平8241大巷的實際情況,我們對8241大巷周圍的巷道、采區以及該段巷道的主要巖性進行了分析和研究。最后,決定對支護方案進行優化,采用多層錨網噴+離散注漿+卸壓槽的支護方法對該段巷道進行治理。同時,適當的將巷道斷面擴大,使巷道在應力的作用下變形后還能滿足正常的運輸、通風和行人的需要。

4 支護工藝

4.1 多支護單元

(1)初噴:巷道刷大后及時進行一次初噴進行臨時支護,噴漿用425號普通硅酸鹽水泥,水泥:陶粒土=1:3,速凝劑的摻入量為水泥的5%,初噴厚度80～100mm。

(2)一次錨網噴:①初噴結束后及時打錨桿掛網,錨桿采用φ2 2 m m,長2.0 m等強螺紋鋼樹脂錨桿,每根錨桿使用1卷CK2860樹脂錨固劑,錨桿間排距800mm×800mm,外露30～50m m。網片采用直徑為6 mm的鋼筋焊接而成,規格為1 70 0m m×1200mm,網片搭接為100mm,網與網用雙股16#鉛絲綁牢,綁絲間隔不大于300mm,網與錨桿同時布置。②打錨桿掛網結束后及時噴漿,噴漿用425號普通硅酸鹽水泥,水泥:陶粒土=1:3,速凝劑的摻入量為水泥的5%,本次噴層厚度為60～80mm。

(3)二次錨網噴:一次錨網噴巷道合格后,為提高噴漿層圍巖抗壓能力,采用二次錨噴加強支護。

①本次錨桿采用φ22mm,長2.4m等強螺紋鋼樹脂錨桿,每根錨桿使1卷CK2860樹脂錨固劑,錨桿間排距8000mm×8000mm,外露150～200mm(第三次掛網使用)。錨桿位置應與一層錨桿錯開,打在原錨桿間排距中間位置。

②金屬網:采用直徑為6mm的鋼筋焊接而成,規格為1200mm×1700mm,網片搭接為100mm,網與網用雙股16#鉛絲綁牢,綁絲間隔不大于300mm,網與錨桿同時布置。

③噴漿:本次噴漿為巷道最終成型噴漿,應按線噴漿,噴漿厚度50～80mm。巷道成型后,輪廓應平直,支護強度應合理。

(4)三次錨網:二次錨網噴結束后,在表面掛一層防腐網,網片采用直徑為6mm的鋼筋焊接而成,規格為1200mm×1700mm,網片搭接為100mm,網與網用雙股16#鉛絲綁牢,綁絲間隔不大于300mm,網片用二次錨網噴結束后外露出來的錨桿用托盤上緊。

4.2 離散注漿

(1)第一次注漿:注漿錨桿:注漿錨桿采用規格為φ22mm,長1.8m的注漿錨桿,打好的注漿錨桿以次編號,以便統計注漿量。底腳注漿錨桿下扎角度30°～45°,底腳錨桿孔口低于底板100mm。注漿錨桿間排距1500×1500mm,外露50～80mm。

(2)第二次注漿:采用離散技術的方法對巷道進行注漿,第一次注漿孔深2.0m,注漿后再打探眼探測圍巖整體性。如果圍巖已注成整體,第二次注漿孔3~4m深。

(3)注漿參數:①注漿材料采用普通硅酸鹽42.5(原525)#水泥。

水灰比為0.7～1:1。②對于單孔而言,為了保證合理注漿量,一是控制泵壓在圍巖內泵壓達到1.5～2.5MPa時應停止注漿;二是根據相鄰鉆孔跑漿量來定,相鄰鉆孔一旦跑漿,應及時封鄰孔或停止注漿。由于煤層及巖石破碎,單孔注漿量按0.5T/孔考慮。③注漿壓力為1.5～2.5MPa,最大注漿壓力為2.5MPa,底腳孔注漿壓力可加到2.5～3.0MPa。④為了防止注漿在弱面漿液擴散較遠,造成跑漏現象,在控制注漿壓力和注漿量的同時,必須控制注漿時間,一般為30～40分鐘。

4.3 阻斷應力

阻斷應力傳遞技術采用底腳泄壓槽。泄壓槽規格深×寬=400×400mm,如果圍巖破碎(煤層)泄壓槽規格深×寬=500×500mm。泄壓槽沿著慌斷面按照斜下45°往里布置,向外幫有400mm以上的寬度,泄壓槽挖到位后及時打錨桿掛網噴漿。

5 效果監測

巷道刷大施工完成后,我們對8241大巷進行了布點觀測,每10米布置三個點,分別在巷頂、兩幫各一個。觀測時間為6個月,剛開始每10天觀測一次,最大每天頂板位移量為0.2mm/d,兩幫為0.1mm/d。第40天開始至6個月末巷道基本處于平穩狀態。

6 體會

(1)采用多支護單元分布式容錯倍增構建技術。利用支護單元各自優勢承擔存儲負荷,不但解決了傳統支護體系統中弱強互補瓶頸問題,還提高了支護體系的可靠性、可用性和擴展性。

(2)采用離散注漿技術,實施不同層次、多時段、淺深孔的注漿結構和相互關系,達到快速、高效和實用性更強的的圍巖固化支護技術。

(3)采用阻斷應力傳遞技術。針對深部高應力軟巖巷道復雜多變應力,采取多層次、多時段的阻斷技術達到支護體系均勻承栽,動態恢復工作阻力穩定效果。有效的解決了疊加應力、非對稱應力和持續變化應力對巷道的破壞。

(4)采用多層封層,中間加鋼筋網層為筋骨的砼土層,實現具有強韌釋壓和密貼封閉圍巖體的高強度高韌度的支護層封層,為不斷提高圍巖自身強度及在圍巖中穩定一定漿液壓力提供重要基礎,在圍巖注漿過程中穩定一定漿液壓力,提高漿液粘結力,從而充分固化和提高圍巖自身強度。

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蔣金虎(1984— ),男,本科,礦建助理工程師 現在開灤(集團)唐山礦業分公司生產技術部工作。