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安平縣振超金屬絲網制品廠
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| 深埋高應力軟巖掘進巷道支護技術 | |
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深埋高應力軟巖巷道的維護是深井開采時面臨的一個難題。通過新安煤礦井底車場巷道全斷面錨網梁索支護的實踐,特別是應用底角錨桿控制巷道變形,分析了深埋高應力軟巖情況下巷道圍巖變形破壞的原因,總結了聯合支護的施工經驗,可為今后類似工程提供參考。新安煤礦采用主、副、風三立井單一水平開拓,井筒深度754m。井底車場巷道采用傳統錨噴網支護技術,但在井底車場施工過程中,出現了頂板下沉嚴重、底鼓、噴體開裂及錨桿拉彎變形、錨桿托盤內陷等大變形現象。針對這些破壞情況,在后續的 返修和掘進過程中,改變了原有的支護參數,提高了支護強度,同時強調耦合支護以及對關鍵部位的有效治理,基本實現了巷道的穩定。 1工程概況 井底車場巷道群埋深750～900m,所處地層為中生代的中侏羅統延安組下部,圍巖巖性主要為煤5(14.17m)、煤6(7.48m)及煤層頂底板的泥巖、砂質泥巖,皆屬于軟巖類。同時巷道群處于周寨向斜軸部,煤巖層傾角變化急劇,地質構造破壞了巖層的完整性,層理節理發育,圍巖容易破碎開裂。 2巷道變形破壞的特點及原因分析 2.1巷道變形的特點 (1)巷道施工15 d后開始出現不同程度的變形和破壞,20～30d變形加劇,主要表現在巷頂嚴重下沉,兩幫噴體連帶兩幫巖層大面積開裂片幫,底鼓現象嚴重,錨桿被扭彎,錨桿托盤脫落或嚴重反轉,聯絡巷兩幫相對移近量最大達2.1m。 (2)巷道修復仍以錨網為主支護,但由于圍巖變形大,持續時間長,修復工作并未有效地控制圍巖變形,修復后的巷道仍不能保持穩定。 (3)變形后圍巖的主要特征是軟弱、松散、破碎,軟化、泥化現象顯著,力學特性顯著降低,加上圍巖破壞后部分錨桿失效,巷道后期變形加劇。 (4)部分地段圍巖受地下水的浸泡,巖體泥化現象明顯,底鼓和巷道變形更為嚴重。 2.2破壞原因分析 2.2.1深部地應力大 井底車場埋深在750～900m之間,上覆巖層產生的垂直主應力為: σ1=γH=2.5×104×(750～900)=18.7～22.5MPa 式中γ———上覆巖層的視密度,t/m3； H———巷道埋深,m。 由于巷道群處于周寨向斜軸部,煤層傾角變化急劇,因而處于較高的構造應力區。 2.2.2圍巖強度較低 巷道所處圍巖的天然抗壓強度僅為1.45～26.7MPa,皆屬于軟巖類。軟巖具有強度小、易破碎、遇水易軟化、支護困難等特性,為不堅固巖層。加上環境因素對巖層造成的破壞,開挖后巷道的圍巖強度大大降低,巷道穩定性系數遠遠超過極限值,巷道處于極不穩定狀態,勢必會出現變形破壞。 2.2.3支護參數選擇不合理 巷道原設計支護方式為錨噴網支護,采用#20mm×2200mm錨桿和4號鋼筋網,網格80mm×80mm。混凝土噴層厚度為150 mm,采用C20混凝土。局部地段以!15.24mm×6500mm錨索加強支護。相對于巷道所處的工程地質環境,原支護參數存在以下問題:①支護強度不夠,且難以形成支護的整體性;②錨桿和托盤不匹配,托盤厚度不夠,部分托盤內陷、反轉失效導致錨桿失效。另外,加上施工過程中錨桿預緊力不足、巷道支護滯后等因素,巷道關鍵部位首先發生失穩破壞,進而導致全斷面失效。 2.2.4底板和巷道底角未采取有效措施 由于沒采取有效措施,已施工巷道的支護體處于開放結構狀態。當巷道頂幫壓力加大時,底板圍巖應力集中,同時,巷道底板因受地下水和工程水的侵蝕,巖層強度急劇降低,底板巖層產生顯著的塑性變形和剪切破壞,表現為顯著的底鼓現象,進而直接影響巷道頂幫的穩定,造成巷道支護結構的全面失穩。 3耦合支護設計 3.1初次耦合支護設計 (1)錨桿:采用!20 mm×2500mm單向左旋 無縱筋螺紋鋼錨桿,間排距750mm×750mm。錨桿孔徑為!30mm,樹脂藥卷錨固,錨固長度不小于1m,錨固力大于150kN,采用200mm×200mm×12mm的托盤。 (2)底角錨桿:底角錨桿采用!43mm×600 mm管縫式錨桿,布置在巷道底板兩側底角處,每側兩根,俯角45°,間排距為500 mm×700mm。 (3)鋼筋網:鋼筋網采用!6.5mm的圓鋼焊接,網格為100mm×100mm,網片尺寸為900mm×1600mm,逐扣進行連接。 (4)鋼筋梯:鋼筋梯采用!14 mm螺紋鋼制作,長2.5m,每斷面四段。 (5)混凝土:初噴厚度40mm,復噴厚度60mm。噴射混凝土強度等級為C20。 3.2二次耦合支護設計 為實現對巷道巖性的整體控制,在上述錨網支護的基礎上,采用全斷面高預應力錨索支護緊跟掘進工作面施工,錨索預緊力達到150kN。 (1)頂部錨索規格為!15.24mm×6500mm, 兩幫錨索規格為!15.24mm×4000mm,間排距為1.4～1.5m×1.5m,布置在兩排高強樹脂錨桿之間,采用樹脂端錨,錨固長度不小于1.5m,每排布置6～7根預應力錨索。 (2)錨索鋼梁采用礦用18號槽鋼,長度為1.9m。 3.3耦合支護順序 按設計毛斷面掘進→臨時支護→出矸石→初噴→鋪設頂部鋼筋網及鋼筋梯→施工頂部錨桿→鋪設幫部鋼筋網及鋼筋梯→施工頂部錨索→施工幫部錨索→清除底部矸石→施工底角錨桿→檢測變形。 4施工注意事項 (1)巷道掘進嚴格執行光面爆破。 (2)錨桿孔盡量垂直巖層賦存方向。 (3)一次緊固和二次緊固都要達到設計預緊力。 (4)錨索孔深不得超過設計孔深50mm。 (5)施工完畢后,要加強錨索預應力檢測,當預應力降低20%～30%時,可進行錨索的二次張拉。 (6)運輸及使用過程中采取有效措施,防止鋼絞線破股。 5應用效果 新安煤礦井底車場按照修改的支護設計方案已施工84m巷道,2007年3月因其他原因停止施工。為了檢測支護效果,在所施工巷道內進行了頂板下沉、兩幫位移及底鼓3項檢測。檢測結果表明,從2007年1月28日起至4月26日止,頂板累計下沉量為50mm,兩幫移近量平均為86 mm,最大移近量為120mm,累計底鼓為100mm,基本實現了巷道的穩定支護。 6結語 (1)通過錨網支護,使錨桿與圍巖粘結在一起,提高巖體的整體剛度,不但可對巖層離層起到 阻礙作用,而且可增加巖層間的摩擦力,使支護體和巖層形成一個整體的支護結構。 (2)利用錨索技術將上覆不穩定巖層懸吊到深部穩定巖層中,可有效調動深部圍巖的承載能力,減少上覆巖層壓力。 (3)通過施工底角錨桿,在角部形成自承能力較高的承載拱,減少兩幫下沉及塑性變形,從而達到控制底鼓的效果。 安平縣振超金屬絲網制品廠整理發布，本廠專業生產煤礦支護網，洗煤網，質量保障，價格低廉 振超網業http://www.koguitars.com |
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