大埋深軟巖煤矸倉防水支護設計

蘇康 白長江 桑勝濤

（山東能源新礦集團華豐煤礦，山東泰安 271413）

大埋深軟巖煤矸倉防水支護設計

蘇康 白長江 桑勝濤

（山東能源新礦集團華豐煤礦，山東泰安 271413）

華豐煤礦是一個具有上百年開采歷史的礦井，目前最大開采深度已達1100米，巷道圍巖在高應力的作用下進入軟巖狀態，隨之出現了大地壓、大變形、難以支護的特點，尤其是矸石（煤）倉的變形量嚴重，采用常規澆筑鋼筋混凝土的支護形式已難以控制巷道圍巖的移進，也不能滿足安全生產的需要。盡管施行了遠截近注施工方法取得的一定效果，但是不能從根本上杜絕滲水的威脅，通過實施了“雙層支護，內堵外放”技術，既減少了煤（矸石）倉重復施工帶來的危險系數，又達到了安全生產提高工效的預期目標。

軟巖 注漿防水 遠截近注 雙層支護 內堵外放

1 概述

華豐煤礦由于受地應力及采動壓力的影響，圍巖裂隙逐漸增大、矸煤倉倉壁損壞，始終受滲透水的威脅，盡管施行了遠截近注（對倉壁外進行注漿防水）施工方法取得的一定效果，但是不能從根本上杜絕滲水的威脅。并且受回采工作面采動壓力的影響，倉壁出現裂隙，滲水接連不斷，滲水量達0.05m3/min～0.1m3/min，矸石倉儲矸石時糊倉，矸石不能下放，需放炮才能處理。不僅影響生產還帶來安全隱患。為保證礦井的正常接續，通過全面的理論分析、現場測試、數值對比等研究工作，實施了“雙層支護，內堵外放”技術，既減少了煤（矸石）倉重復施工帶來的危險系數，又達到了安全生產提高工效的預期目標。

圖11-圍巖位移曲線；2—支架工作特性曲線； 3—圍巖松動破壞后的位移曲線；

2 項目設施

以矸石倉為例，根據矸石倉防水支護的實際情況，矸石倉施工可分三個步驟實施。

第一步實施矸石倉外層支護：分錨網噴一次支護和二次支護，最后錨梁噴加強支護。第二步下倉口硐室的支護。第三步矸石倉內壁鋼筋混凝土澆注支護。

2.1 矸石倉外層支護方式

（1）支護方式：采用噴錨噴、錨網噴作永久支護錨噴棚加強支護，錨桿間排距1000mm，支護材料為螺紋鋼高強錨桿，錨桿規格為φ22 ×2400mm，用于加長錨的樹脂錨固劑應符合煤炭行業標準MT219-90。噴射C20混凝土（水泥、石子、砂子），噴體厚度250mm，其中一次噴厚150mm，二次噴厚50mm，錨棚后噴厚為50mm。（2）噴錨噴作一次支護，一次支護距迎頭不大于1.3m，初凝20分鐘后在砼臨時支護下進行一次支護，按1000×1000mm 間排距打錨桿，全斷面掛5000 ×1000的10#冷拔鋼金屬經緯網，用錨盤壓緊金屬網使其緊貼巖面，然后噴漿蓋網，錨桿外露長度30～70mm。（3）錨網噴作二次支護以第一次支護時栓出的鐵絲為標志，按1000×1000mm 間排距打錨桿。并使之與第一次的支護錨桿呈菱形布置。安裝二次錨桿時全斷面掛菱形網并用托盤將網壓緊。網與網之間用串簧連接，然后噴漿蓋網，二次噴漿厚度為50mm。（4）錨棚梁加強支護，U棚為10節全封閉圓弧型U 2 9可縮支架，搭接長度不少于5 0 0 m m，U棚距中～中為1000mm，并用錨桿全錨固固定。噴厚不少于50mm漿體封閉，棚后部分噴實。棚梁與棚梁搭接段用兩副標準U型卡纜固定。搭接段和中間用兩根錨桿和一個U型卡錨固，錨桿采用φ20×2500mm全螺紋鋼等強錨桿，每根錨桿配8塊水泥藥卷全長錨固。

2.2 矸石倉下口永久支護方式

（1）矸石倉下部縮口的基座（即皮帶井頂板加固）密排I20普通礦用工字鋼加固處理，工字鋼要縱橫排兩排，作為皮帶井平頂施工的再生頂板骨架。澆注鋼筋砼支護，砼厚度500m。并在配筋外側隨煤倉下縮口規格鋪設18kg/m鋼軌，增強下縮口的支護強度，保護煤倉下縮口。（2）給矸機處皮帶井澆注鋼筋碹支護，砼厚度500mm。

2.3 矸石倉內層支護方式

2.3.1 矸石倉內外壁間距的設計

根據彈性理論軸對稱平面變形問題分析方法及塑形區內巖石體積不變的條件，可求得支架反力P與巷道圍巖位移Ua的關系式為：

式中：r=巷道半徑，Q0=原巖應力，C 、x、G ----圍巖的內聚力，內摩擦角及剪切模量。當式中的其他條件不變時，巷道周邊位移與支架反力P成反比關系。

ABC-支架可能的工作點；Pmax、PMIM—支架承受的最大承載力和最小承載力；△Umax—允許圍巖最大位移量

2.3.2 矸石倉內壁永久支護

（1）矸石倉內壁澆筑前必須在倉外壁上按800×1000間排距打錨桿。錨桿外露長度為300～400，錨桿起到懸吊內壁及加固內壁緩沖外力的作用。（2）由矸石倉下縮口平頂開始由下向上施工，每循環澆筑一胎。每胎長度不超過1m。（3）先幫扎鋼筋骨架，然后支設碹拱胎澆注。檢查合格后，方可下料進行澆注施工。矸石倉直壁鋼筋骨架必須垂直底板，煤倉下口骨架斷面必須與巷道軸線垂直，扭矩不大于50mm。 鋼筋的縱橫龍骨和縱橫輔助筋必須程“十”交叉勾結，交點必須用雙股14#鐵絲綁扎牢固；縱橫筋間距必須均勻。（4）鋼筋接頭處搭接長度不小于其直徑的30倍， 各個鋼筋接頭必須錯開布置，任一截面有接頭的受力鋼筋不得超過鋼筋總量的25%。（5）碹胎拱板采用30mm厚的優質新木板加工，碹拱支架分別采用不同規格的優質新紅松方木：規格分別為：100×100mm；80×80mm；50×50mm。澆注砼的支撐架必須呈三角形支設，保證穩固、安全可靠。碹胎長度為1.0m，每次澆筑一個碹胎，澆筑過程中每澆注500mm長或厚采用電動振動棒振動一次，保證振動注實，嚴禁有空洞、蜂窩。

3 結語

矸石（煤）倉防水支護技術，為華豐煤礦滲水區矸石倉的施工總結了一整套成功經驗，避免矸石倉滲水，減少了筒倉這一環節，技術上先進，經濟上合理，同時也總結出一整套適合矸石倉施工的技術，保證了矸石倉施工安全，具有推廣應用價值。通過矸石倉的施工，我們對矸石倉的支護形式進行了一些探索，既考慮了矸石倉受壓后的縮進，又考慮了矸石倉滲水問題，使矸石倉施工有了很大的演變和發展，為同類礦井矸石倉的施工開拓了新的思路，積累了寶貴經驗。