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| 深埋高应力软岩掘进巷道支护技术 | |
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深埋高应力软岩巷道的维护是深井开采时面临的一个难题。通过新安煤矿井底车场巷道全断面锚网梁索支护的实践,特别是应用底角锚杆控制巷道变形,分析了深埋高应力软岩情况下巷道围岩变形破坏的原因,总结了联合支护的施工经验,可为今后类似工程提供参考。新安煤矿采用主、副、风三立井单一水平开拓,井筒深度754m。井底车场巷道采用传统锚喷网支护技术,但在井底车场施工过程中,出现了顶板下沉严重、底鼓、喷体开裂及锚杆拉弯变形、锚杆托盘内陷等大变形现象。针对这些破坏情况,在后续的 返修和掘进过程中,改变了原有的支护参数,提高了支护强度,同时强调耦合支护以及对关键部位的有效治理,基本实现了巷道的稳定。 1工程概况 井底车场巷道群埋深750～900m,所处地层为中生代的中侏罗统延安组下部,围岩岩性主要为煤5(14.17m)、煤6(7.48m)及煤层顶底板的泥岩、砂质泥岩,皆属于软岩类。同时巷道群处于周寨向斜轴部,煤岩层倾角变化急剧,地质构造破坏了岩层的完整性,层理节理发育,围岩容易破碎开裂。 2巷道变形破坏的特点及原因分析 2.1巷道变形的特点 (1)巷道施工15 d后开始出现不同程度的变形和破坏,20～30d变形加剧,主要表现在巷顶严重下沉,两帮喷体连带两帮岩层大面积开裂片帮,底鼓现象严重,锚杆被扭弯,锚杆托盘脱落或严重反转,联络巷两帮相对移近量最大达2.1m。 (2)巷道修复仍以锚网为主支护,但由于围岩变形大,持续时间长,修复工作并未有效地控制围岩变形,修复后的巷道仍不能保持稳定。 (3)变形后围岩的主要特征是软弱、松散、破碎,软化、泥化现象显著,力学特性显著降低,加上围岩破坏后部分锚杆失效,巷道后期变形加剧。 (4)部分地段围岩受地下水的浸泡,岩体泥化现象明显,底鼓和巷道变形更为严重。 2.2破坏原因分析 2.2.1深部地应力大 井底车场埋深在750～900m之间,上覆岩层产生的垂直主应力为: σ1=γH=2.5×104×(750～900)=18.7～22.5MPa 式中γ———上覆岩层的视密度,t/m3； H———巷道埋深,m。 由于巷道群处于周寨向斜轴部,煤层倾角变化急剧,因而处于较高的构造应力区。 2.2.2围岩强度较低 巷道所处围岩的天然抗压强度仅为1.45～26.7MPa,皆属于软岩类。软岩具有强度小、易破碎、遇水易软化、支护困难等特性,为不坚固岩层。加上环境因素对岩层造成的破坏,开挖后巷道的围岩强度大大降低,巷道稳定性系数远远超过极限值,巷道处于极不稳定状态,势必会出现变形破坏。 2.2.3支护参数选择不合理 巷道原设计支护方式为锚喷网支护,采用#20mm×2200mm锚杆和4号钢筋网,网格80mm×80mm。混凝土喷层厚度为150 mm,采用C20混凝土。局部地段以!15.24mm×6500mm锚索加强支护。相对于巷道所处的工程地质环境,原支护参数存在以下问题:①支护强度不够,且难以形成支护的整体性;②锚杆和托盘不匹配,托盘厚度不够,部分托盘内陷、反转失效导致锚杆失效。另外,加上施工过程中锚杆预紧力不足、巷道支护滞后等因素,巷道关键部位首先发生失稳破坏,进而导致全断面失效。 2.2.4底板和巷道底角未采取有效措施 由于没采取有效措施,已施工巷道的支护体处于开放结构状态。当巷道顶帮压力加大时,底板围岩应力集中,同时,巷道底板因受地下水和工程水的侵蚀,岩层强度急剧降低,底板岩层产生显著的塑性变形和剪切破坏,表现为显著的底鼓现象,进而直接影响巷道顶帮的稳定,造成巷道支护结构的全面失稳。 3耦合支护设计 3.1初次耦合支护设计 (1)锚杆:采用!20 mm×2500mm单向左旋 无纵筋螺纹钢锚杆,间排距750mm×750mm。锚杆孔径为!30mm,树脂药卷锚固,锚固长度不小于1m,锚固力大于150kN,采用200mm×200mm×12mm的托盘。 (2)底角锚杆:底角锚杆采用!43mm×600 mm管缝式锚杆,布置在巷道底板两侧底角处,每侧两根,俯角45°,间排距为500 mm×700mm。 (3)钢筋网:钢筋网采用!6.5mm的圆钢焊接,网格为100mm×100mm,网片尺寸为900mm×1600mm,逐扣进行连接。 (4)钢筋梯:钢筋梯采用!14 mm螺纹钢制作,长2.5m,每断面四段。 (5)混凝土:初喷厚度40mm,复喷厚度60mm。喷射混凝土强度等级为C20。 3.2二次耦合支护设计 为实现对巷道岩性的整体控制,在上述锚网支护的基础上,采用全断面高预应力锚索支护紧跟掘进工作面施工,锚索预紧力达到150kN。 (1)顶部锚索规格为!15.24mm×6500mm, 两帮锚索规格为!15.24mm×4000mm,间排距为1.4～1.5m×1.5m,布置在两排高强树脂锚杆之间,采用树脂端锚,锚固长度不小于1.5m,每排布置6～7根预应力锚索。 (2)锚索钢梁采用矿用18号槽钢,长度为1.9m。 3.3耦合支护顺序 按设计毛断面掘进→临时支护→出矸石→初喷→铺设顶部钢筋网及钢筋梯→施工顶部锚杆→铺设帮部钢筋网及钢筋梯→施工顶部锚索→施工帮部锚索→清除底部矸石→施工底角锚杆→检测变形。 4施工注意事项 (1)巷道掘进严格执行光面爆破。 (2)锚杆孔尽量垂直岩层赋存方向。 (3)一次紧固和二次紧固都要达到设计预紧力。 (4)锚索孔深不得超过设计孔深50mm。 (5)施工完毕后,要加强锚索预应力检测,当预应力降低20%～30%时,可进行锚索的二次张拉。 (6)运输及使用过程中采取有效措施,防止钢绞线破股。 5应用效果 新安煤矿井底车场按照修改的支护设计方案已施工84m巷道,2007年3月因其他原因停止施工。为了检测支护效果,在所施工巷道内进行了顶板下沉、两帮位移及底鼓3项检测。检测结果表明,从2007年1月28日起至4月26日止,顶板累计下沉量为50mm,两帮移近量平均为86 mm,最大移近量为120mm,累计底鼓为100mm,基本实现了巷道的稳定支护。 6结语 (1)通过锚网支护,使锚杆与围岩粘结在一起,提高岩体的整体刚度,不但可对岩层离层起到 阻碍作用,而且可增加岩层间的摩擦力,使支护体和岩层形成一个整体的支护结构。 (2)利用锚索技术将上覆不稳定岩层悬吊到深部稳定岩层中,可有效调动深部围岩的承载能力,减少上覆岩层压力。 (3)通过施工底角锚杆,在角部形成自承能力较高的承载拱,减少两帮下沉及塑性变形,从而达到控制底鼓的效果。 安平县振超金属丝网制品厂整理发布，本厂专业生产煤矿支护网，洗煤网，质量保障，价格低廉 振超网业http://www.apychl.com |
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