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采动影响下巷道支护加固优化设计的重要性

2020-06-11 194 上传者：管理员

摘要：为控制采动影响下巷道围岩变形,保证巷道运行安全,根据猴车巷道变形及地质情况对巷道变形原因分析,并在此基础上提出锚网索喷+壁后注浆联合支护方式,经过对现场巷道变形情况监测得到巷道的顶底板变形量最终控制在75mm,巷道两帮的变形量最终控制在95mm,巷道变形得到控制。

关键词：
巷道变形
支护加固设计
注浆加固
矿压观测
锚网索喷
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1、工程概述

某矿主采3#煤层,煤层赋存起伏稳定,平均煤厚5.31 m,煤层倾角3°～15°,平均倾角为7°,猴车巷道沿煤层顶板呈矩形掘进,巷道围岩层次较为分明,从上到下依次为碳质泥岩-泥岩-泥砂岩互层-砂岩-泥岩,巷道在掘进过程中没有出现较大地质构造,断面设计规格为宽4.2 m,高3.2 m,巷道无顶板出水现象。井下猴车巷道原采用的支护方案为锚杆-锚索联合支护,巷道顶板施工规格为22 mm×2200 mm的高强度锚杆4根,配合1根规格为17.8 mm×6 000 mm的锚索进行支护,锚固长度同为1100mm。经实践,这种支护形式对该巷道围岩变形的控制效果不佳,顶板岩层出现下沉和冒落,底板鼓起,两帮突出内挤,整个断面向内鼓缩,巷道最窄处已不足3 m,严重影响矿井的安全生产。

2、巷道变形原因分析

2.1 围岩性质

巷道围岩性质对巷道变形有着决定性影响。该巷道围岩性质复杂、承压能力不一致,变形不匀称,巷道顶底板多为碳质泥岩和砂质泥岩构成,岩层状态多为层状分布且撕裂现象较为严重,岩层之间存在着性质较软的软泥岩类物质,层理为弱面,而且该巷道的围岩破碎情况明显,裂隙分布较多,具有明显的流变特征[1,2]。由于该巷道围岩性质不一,且承压能力相差较大,在地应力的影响下,巷道围岩破碎情况不均匀,致使该巷道的支护加固更加困难。

2.2 锚杆预紧力不足

在锚杆支护技术中,锚杆预紧力是否足够直接影响到锚杆支护效果能否得到发挥,由于工人操作不到位和施工器具不合适导致锚杆预紧力矩不足,锚杆支护的作用并未得到最大发挥,支护效果达不到要求,巷道围岩变形得不到有效控制,巷道反复翻修,不仅浪费大量的人力物力,造成不必要的浪费,还产生诸多安全隐患。

2.3 采动影响

巷道北侧附近有2个正在回采的工作面,受工作面回采影响,该猴车巷道的围岩一直处于应力集中状态。该猴车巷道由于长期受到工作面回采影响,导致巷道围岩在长期强压的作用下产生了流变状况,导致该巷道的围岩破碎不均匀,变形严重。

2.4 施工质量问题

在巷道的掘进过程中,由于施工质量的因素,并不能实现完整光面爆破,会造成断面有明显的凹凸和炮震裂缝,另外在掘进过程中临时支护强度不足,锚杆锚索的预紧力不够,混凝土的比重达不到设计要求、搅拌不均和喷射不均等因素,都造成了巷道承受围岩变形压力的不足,达不到巷道变形控制的理想状态。

3、巷道支护加固优化设计

基于以上的巷道围岩变形研究分析,常规的支护方案对该猴车巷道围岩的加固效果不能满足安全运输的要求,根据巷道围岩性质及变形原因优化该巷道的支护加固设计,采用锚网索喷+壁后注浆的联合支护方式。

3.1 壁后注浆参数

使用高压水泥对巷道进行注浆加固,以稳定巷道围岩的破碎情况。在巷道周围布置排距为2 m的钻孔,用五花孔布设方案,设计孔深为深孔9.0 m,浅孔6.0 m,设计注浆孔距为深孔1.2 m,浅孔1.6 m。采用水泥浆和水玻璃-水泥双液浆为注浆材料,孔口注浆的压力设计为3～4 MPa,具体数值根据现场注浆情况调整。在注浆时使用425#普通水泥浆,在出现大范围内漏浆现象时,要及时压入水玻璃-水泥双液浆,在使用双液浆时,水玻璃和水泥浆的比重为0.4:1～0.6:1,水泥浆的基础配比不变,水玻璃配比浓度为48～55 Be。

3.2 锚网索规格

锚杆:采用规格为Φ22 mm×2 200 mm的无纵筋螺纹高强度锚杆,锚杆布置排距为700 mm×700 mm,每个锚杆孔装填2块Z2850树脂药卷。

锚索:在锚杆支护后,采用锚索加强支护,锚索在巷道顶板布置,锚索排距为1 000 mm,间距为800 mm,在2排锚杆之间布置1排锚索,采用穿插布置的形式。使用ASTMA-90型低松弛螺旋钢绞绳,钢号使用S82b型号,规格为1 mm×7 mm×17.8 mm,强度1 860,每根锚索采用K2350型号树脂药卷1块、Z2850型号的树脂药卷2块进行加固。

金属网:采用Φ6.5 mm规格的冷拔钢筋焊制的金属网,金属网规格为1 500 mm×1 300 mm,网格为150 mm×150 mm,猴车巷道锚杆-锚索布置图如图1所示。

图1 巷道锚杆-锚索布置图

3.3 喷浆加固

喷浆时使用强度为C20的混泥土浆液,喷浆厚度设计为200 mm,底板采用混泥土浇注结构,喷浆要进行分次施工,每次喷浆的厚度不低于50 mm,不高于80 mm,按照设计要求严格执行,不得一次喷完,每次喷浆时间间隔不超过2 h。若超时,必须使用高压水对受喷面进行重新冲洗。

4、巷道围岩压力监测

按照支护加固优化设计对猴车巷道进行加固后,在猴车巷里面布设了2个围岩压力观测站,两站间隔85 m,采用十字布点的方式进行布点观测,同时对该巷道的顶底板和两帮的围岩情况进行测量。观测周期为1个月,2 d进行一次观测。在对该猴车巷道的观测达到1个月后,观测数据已采集完毕。根据1个月的监测数据,在巷道进行加固支护后的前16 d,1号观测点所在的巷道围岩变形速度较快,在第18天,巷道围岩的变形量已基本趋于稳定,巷道的顶底板变形量最终控制在75 mm,巷道两帮的变形量最终控制在95 mm;在巷道进行加固支护后的前14 d内,2号观测点所在的巷道围岩变形速度较快,第15天的时候,巷道围岩的变形量已基本趋于稳定,巷道的顶底板变形量最终控制在65 mm,巷道两帮的变形量最终控制在85 mm;2个观测点之间的巷道两帮的变形量要明显高于顶底板的变形量,与使用未优化之前的支护设计相比,优化后的支护方案取得了良好的效果。

5、结论

1) 临近工作面采动影响、锚杆、锚索预紧力不足、围岩条件差及施工质量不合格是造成巷道围岩变形的主要原因,基于此,提出锚网索喷+壁后注浆的联合支护对破坏巷道进行加固修复。

2) 通过矿压观测结果可知:修复后巷道顶底板变形1号观测点顶底板变形量为75 mm,两帮量变形量为95 mm,2号观测点顶底板变形量为65 mm,两帮变形量为85 mm,变形较小,巷道围岩得到较好的控制。

3) 经实践,本次的支护设计优化对围岩破碎严重,巷道变形量大的巷道控制效果显著,不仅为矿井带来了安全和经济效益,还为同类巷道的支护工作积累了宝贵经验。

参考文献：

[1]彭春阳.高应力厚硬顶板巷道支护优化与应用[J].能源与环保,2018(9):186-189.

[2]康蝉龙.剧锦茂.采空区下近距离煤层巷道支护技术[J].机械管理开发,2018(9):13-14+85.

郑雄.采动影响下巷道围岩控制技术应用[J].技术与市场,2020,27(06):133-134.