巷道联合支护技术研究与应用

作者:未知

  摘 要:针对东滩煤矿采区回风下山巷道埋深大、变形量大的特点,对巷道围岩破坏机理进行了理论分析,提出了“锚网索喷+U型棚支架+滞后注浆”联合支护方式。现场实施该方案后,有效地控制了巷道围岩的变形破坏,取得了良好的支护效果,具有较好的经济效益。
  关键词:联合支护;破坏机理;围岩控制
  DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.18.072
  1 工程概况
   采区回风下山、采区回风巷、采区总回风巷:主要担负采区回风任务,设计三条巷道均沿3上煤顶板掘进,回风下山全长830m;采区回风下山在采区皮带下山上变坡点附近向西拐弯改为采区总回风巷,平行于6301工作面顺槽,施工1730m后拐弯,与四采南部轨道运输巷平行布置,间距30m,最后与矿井西翼总回风巷贯通,形成采区回风系统,采区总回风巷全长2620m;采区回风下山在采区下部车场附近拐弯后改为六采回风巷,全长2020m。六采区内主要含水层自上而下可划分为:第四系砂层、砂砾层孔隙含水层,侏罗系上统蒙阴组砂岩孔隙裂隙承压含水层,二叠系山西组3上煤顶、底板砂岩裂隙承压含水层,石炭系太原组第三层灰岩、第十下层灰岩岩溶裂隙承压含水层,石炭系本溪组第十四层灰岩岩溶裂隙承压含水层,以及奥陶系灰岩岩溶裂隙承压含水层。
  2 破坏机理
   巷道埋深大,掘进过程中围岩应力重新分布,巷道变形量大,尤其在过断层后,顶底板相对位移量较大达到350mm,为保证通风断面需进行挑顶维修。巷道围岩变形持续时间较长,该巷道岩体具有明显的流变性,巷道在每月观察中均存在锚索压折或锚杆盘压掉的现象,巷道围岩的稳定性并没有得到有效的控制。巷道初期变形量较大,巷道建成初期,一周之内巷道收缩量达到400mm,不能起到应有的支护效果。
  3 巷道支护
  3.1 支护方案
   根据矿压资料的分析、巷道层位关系和工程类比法确定:巷道采用锚网喷+锚索梁+U36钢棚+锚索梁+注浆的联合支护方式。锚网喷+锚索梁为一次支护,U36钢棚+锚索梁+注浆为二次加固支护。
   采区回风下山支护断面为U36钢棚支护断面。一次支护净断面为:净宽×净高=5700mm×4350mm,二次支护净断面为:净宽×净高=5000mm×4040mm;巷道掘进断面S掘=21.9m?,巷道支护S净=17.5m?。
   永久支护参数的确定:
   根据工程需要一次支护断面为净宽5700mm×净高4350mm半圆拱形断面,二次加固采用规格为5000mm×4040mmU36钢棚支护。
   锚杆支护利用工程类比法及现场经验选择端锚固法加固顶板,按加固拱原理计算:
   锚杆长度取3m、锚杆直径取20mm、锚杆间距取0.7m、锚杆排距取0.7m。
   根据以上计算:
   一次支护采用Φ20mm×3m右旋等强锚杆,间排距700×700mm,
  K2360和Z2360锚固剂各一卷进行锚固,Φ6钢筋网,Φ12mm钢筋梯子梁。顶部施工5排锚索托梁(由巷中向两侧均匀布置),间排距1.4m×1.4m,锚索Φ21.6mm×12m,每根锚索采用一卷K2360和三卷Z2360进行锚固,托梁采用12#工字钢加固,梁长2.3m,喷C15砼,厚度50mm。
   二次支护采用U36钢棚,棚腿扎角1.5°,棚距700mm(搭接600mm、使用3道卡缆)均匀布置5道筋笆力,背棚時预埋3排T型灌浆管,间排距3.0m×2.8m,拱顶向两侧均匀布置。架U36钢棚后,采用6排锚索托梁锁棚,间排距2.1m×1.4m,锚索为Φ21.6mm×12m,每根锚索采用一卷K2360和三卷Z2360进行锚固,托梁采用12#工字钢加固,梁长2.3m。锚索梁施工后,进行喷C15砼,厚度以覆盖U36钢棚外沿为准。
   喷浆后方可进行灌浆加固,灌浆时先底部后拱顶,灌浆使用425#水泥,水灰比(质量比1.25:1~1:1),灌浆压力不得小于1.5Mpa。巷道灌浆后,进行注浆加固。一次注浆采用Φ26×2000mm注浆锚杆,间排距2.5×2.8m;二次注浆采用Φ26×2800m注浆锚杆,间排距2.5×2.8m,注浆采用425#水泥,水灰比(质量比1.42:1),注浆压力不得小于3.5Mpa;注浆顺序由巷底至拱顶。
  3.2 关键技术措施
   (1)灌浆孔、注浆孔。灌浆孔利用架棚期间预留灌浆管;注浆孔按照设计要求,先对巷道进行打眼,并把注浆锚杆固定到所打孔眼内,根据每班注浆情况,确定本班打注浆锚杆数量,原则上同列锚杆一次可注4根,同排锚杆的注浆顺序由巷道下部至拱顶。
   (2)注浆工艺流程。把水泥和水倒入储液箱内,使用人工或机器进行搅拌,边搅拌边进行注浆。注浆地点与拌料地点间距不得低于5m,注浆人员及拌料人员原则上站在施工地点的巷道上方进行作业,然后由注浆泵吸入泵内,通过注浆锚杆(灌浆管)压注到巷道壁后。
  4 支护成效分析
   (1)支护效果。采用“锚网索喷+U型棚支架+滞后注浆”后,巷道收缩变形量较小,顶底板变形量和两帮收缩变形量分别小于125mm和100mm,采区回风下山连续4个月内基本上未发生变化。
   (2)巷道支护经济效益。采区回风下山采取原有的支护方式,巷道每米的材耗为3700元,巷道每米的程造价为6500元,巷道每米投入为10020元。同时巷道后期新进行人工挑顶及重新锚网支护每米材耗为1400元,每米修巷的工程造价为1200元,按照修巷+原有巷道支护共计投入13620元/m。采用新型的支护方式每米的材耗为5000元,巷道每米的工程造价7214元,合计投入为12214元/m,同时后期投入大量人工进行修复,工期受到相应的影响。巷道设计投入量每米较少1406元,巷道设计为650m,累计少节约投入费用为913900元。
  5 结语
   锚网索喷+U型棚支架+滞后注浆的联合支护方式控制了巷道围岩的稳定性,滞后注浆的成功应用,大幅改善围岩的应力状态,巷道围岩变形量和变形速率得到了有效控制,保障了巷道的安全正常使用。
  参考文献:
  [1]刘飞,张石伟,刘东星.联合支护技术控制软岩巷道稳定性研究[J].中州煤炭,2015(12).
  [2]梁海汀,张国勇,马二强等.软岩巷道锚注索联合支护技术应用[J].煤炭技术,2017(01).
  [3]龙磊.深井巷道全断面支护技术研究[J].煤炭与化工,2014(05).
  作者简介:路志国(1981-),男,山东邹城人,本科,工程师,从事煤矿掘进管理工作。
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