陜西彬長礦業(yè)集團(tuán)胡家河礦業(yè)公司 任軍產(chǎn)
軟巖支護(hù)技術(shù)在下石節(jié)煤應(yīng)用
陜西彬長礦業(yè)集團(tuán)胡家河礦業(yè)公司 任軍產(chǎn)
下石節(jié)煤礦隸屬于陜西省銅川礦務(wù)局焦平礦區(qū),主采煤系為4-2#煤層,是一個年產(chǎn)180萬噸的國有重點高產(chǎn)高效礦井.其井筒開拓方式為三條斜井中央并列式開拓,三條主井筒圍巖以泥巖、根土巖和炭質(zhì)泥巖、花斑泥巖、粉沙巖及砂質(zhì)泥巖為主,其厚度達(dá)10m以上,極為破碎,團(tuán)塊狀結(jié)構(gòu),遇水及易膨脹,易冒落。每年因井筒的維修耗費大量的人力、財力,而且極大的制約著通風(fēng)安全及生產(chǎn)。
軟巖支護(hù)技術(shù)將松散破碎的圍巖膠結(jié)成整體,提高了巖體的強(qiáng)度,使巷道圍巖保持穩(wěn)定而不易產(chǎn)生破壞。此項技術(shù)的推廣應(yīng)用,取得良好的社會經(jīng)濟(jì)效益。
軟巖 支護(hù)技術(shù) 應(yīng)用
下石節(jié)煤礦由于以往三條主井筒大多都采用以砌碹為主的被動支護(hù)形式,這種支護(hù)形式基本不具備初阻力,只是在圍巖變形后,隨著圍巖變形的增加,支護(hù)阻力隨之增大,由于圍巖變形后,支護(hù)阻力急速上升,造成碹帽變形破壞,常出現(xiàn)巷道底臌、幫臌、局部碹帽下沉、出現(xiàn)尖頂、平頂現(xiàn)象,且碹帽被擠壓破碎。在軟巖巷道內(nèi)采用砌碹支護(hù),巷道返修率高,資金投入量大,平均每2~3年就得返碹維修一次。嚴(yán)重影響礦井通風(fēng)安全及生產(chǎn),且由于反復(fù)維修,使碹帽頂部軟巖多次松動、脫層、離層,局部冒頂區(qū)在一次次的維修中,頂板軟巖不斷跨落,而冒頂頂部沒有好的辦法充填、接頂,使風(fēng)井圍巖的松動圈不斷擴(kuò)大,巷道頂部跨落自然拱加高加寬,最高處達(dá)10m以上,最寬處達(dá)6m左右,。這些都給以后巷道維修帶來了很大困難。
局礦多方考察研究,確定在下石節(jié)煤礦風(fēng)井進(jìn)行軟巖支護(hù)試驗,即錨注支護(hù)試驗,大力推進(jìn)錨注技術(shù)和管理創(chuàng)新,深挖潛力,強(qiáng)化管理,認(rèn)真組織職工學(xué)習(xí),現(xiàn)場實習(xí)操作,并重新購買了兩臺噴漿機(jī)、兩臺注漿泵,增加施工隊伍,使錨注支護(hù)這一新技術(shù)在下石節(jié)礦迅速應(yīng)用推廣。
軟巖動壓巷道是煤礦巷道支護(hù)的難點,它的特點是圍巖破裂范圍大且圍巖變形量大。為擴(kuò)大錨桿支護(hù)的范圍,近幾年來我國煤礦在軟巖動壓巷道中曾多次試驗錨噴支護(hù)、可拉伸錨桿、全長錨固錨桿、組合錨桿、桁架錨桿及高強(qiáng)度樹脂錨桿,但軟巖巷道的破裂區(qū)通常寬達(dá)2~3m,單純使用錨桿或組合錨桿,使破裂區(qū)完全處于受壓狀態(tài)而形成平衡拱是較難實現(xiàn)的。利用錨桿兼做注漿管,實現(xiàn)外注內(nèi)錨,是擴(kuò)大錨桿在軟巖動壓巷道中使用范圍的一項新的途徑。
對于節(jié)理裂隙發(fā)育的軟巖,注漿可改變圍巖的松散結(jié)構(gòu),提高粘結(jié)力和內(nèi)摩擦角,封閉裂隙阻止水對巖體侵蝕,使巖體強(qiáng)度顯著提高。注漿加固還可為錨桿提供可靠的著力基礎(chǔ),使錨桿對松散圍巖的錨固作用得以發(fā)揮。但是注漿只能在圍巖的一定深度進(jìn)行,軟巖巷道圍巖表面往往破裂,形成了一定寬度的破裂層,所以注漿無法在圍巖表面進(jìn)行,還需與錨噴支護(hù)共同維持巷道圍巖周邊的穩(wěn)定。因此,采取錨噴與注漿相結(jié)合的方法,使錨噴和注漿各自的范圍得到擴(kuò)展,大大提高對軟巖的支護(hù)效果,擴(kuò)大了錨桿的使用范圍。
(一)、錨注施工工藝確定
在下石節(jié)煤礦采用錨注支護(hù)工藝施工過程中,開始采用的施工工藝為:臨時架棚加固原碹體—破碹、擴(kuò)幫、挑頂至設(shè)計斷面—打錨桿、掛網(wǎng)、打錨索—安裝注漿錨桿—噴漿(≮50mm)—注漿—復(fù)噴。
但這種施工工藝在施工中存在問題較多:a、打眼使用的風(fēng)動鉆機(jī),帶水作業(yè)時,軟巖遇水后迅速膨脹、風(fēng)化、脫落且頻繁出現(xiàn)夾釬現(xiàn)象。B、采用掛菱形金屬網(wǎng),網(wǎng)孔小,在以前錨噴巷道中使用,效果不好,很容易出現(xiàn)網(wǎng)包、離層。C、破除碹體后,再生偽頂很不穩(wěn)定,錨桿還未打完就會自行跨落下來,跨落高度為2~3m。
這些原因都嚴(yán)重影響著施工的正常進(jìn)行,后經(jīng)各部門共同研究,并總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn),制定了切實可行的措施、辦法和施工工藝,使錨注施工順利開展進(jìn)行?,F(xiàn)錨注支護(hù)施工工藝過程為:
臨時架棚加固原碹體—破除碹體頂部碹帽—清渣、初噴(50mm)—打頂部錨桿—破除原碹體兩幫墻體并初噴(50mm)—打兩幫錨桿—在錨桿上掛縱橫鋼絲繩或金屬網(wǎng)形成組合錨桿—復(fù)噴(至巷道成形規(guī)整)—打注漿錨桿孔—安裝注漿錨桿—注漿。
1、臨時架棚加固原碹體:即在原碹體施工正頭架棚加固,棚距750mm。
2、破除碹體頂部碹帽、清渣、初噴50mm厚:即在破除原碹體頂部碹帽后,一邊清渣,一邊噴漿50mm厚,作為臨時支護(hù),漿液配合比為水泥:沙子:石子=1:2:2(重量比)。
3、打頂部錨桿:即在初噴50mm厚的噴體上打錨桿,錨桿采用Φ20mm的螺紋鋼加工,錨桿長2250mm,錨桿布置間排距為750×750mm。
4、破除原碹體兩幫墻體、初噴50mm厚,打兩幫部錨桿:即在把頂板控制后,再破除兩巷幫墻體,初噴50mm厚,再在噴體上打兩幫部錨桿,錨桿規(guī)格及間排距同上,兩幫最下面一排錨桿(即底角錨桿)要有30~45度的下扎角。
5、在錨桿上掛縱橫鋼絲繩:即用廢舊鋼絲繩縱橫固定在錨桿上,并用鼓形托板將鋼絲繩拉緊、壓實,鼓形托板規(guī)格為:120*120*10mm的鐵托板。
6、復(fù)噴100mm厚:即噴漿直至將錨桿外露部分、鋼絲繩覆蓋嚴(yán),并噴漿至巷道成形規(guī)整,因此噴漿最大厚度可達(dá)500mm。
7、打注漿錨桿孔、安裝注漿錨桿:即滯后施工正頭10m開始打注漿錨桿,注漿錨桿長1.5m,用4分有縫鋼管加工,注漿錨桿布置間排距為1500*1500mm;安裝注漿錨桿封孔采用空心式快硬膨脹水泥藥卷。規(guī)格:長250mm,其外徑為38mm,內(nèi)徑為23mm。
8、注漿:注漿材料選用煤礦常用的525#硅酸鹽水泥,考慮到風(fēng)井花斑泥巖有遇水崩解泥化的傾向,因此,風(fēng)井錨注加固時必須控制好水泥漿液的水灰比,減少非飽和水的含量,則水灰比取0.75:1。注漿壓力定為3~4Mpa。根據(jù)我礦做的注漿記錄,每孔最大注漿量為2噸。平均每孔注漿量為500kg。注漿系統(tǒng)由:注漿泵、主干軟管、快速連接頭、三通閥異徑連接頭、截止閥等組成。
(二)、注漿錨桿及注漿
注漿錨桿由錨桿桿體、托板等部分組成。錨桿桿體為4分空心鋼管,分為注漿段、錨固段和尾部的螺紋段,在注漿段上鉆有交叉分布的注漿孔,錨固段的外面為快硬、高強(qiáng)的水泥錨固劑,其前部為擋環(huán)。
錨注支護(hù)的關(guān)鍵技術(shù)是注漿錨桿與鉆孔巖壁之間的密封。要求密封方法既有良好的密封性,能提供足夠的抵抗注漿壓力的能力,又具有簡便、快捷、低廉等優(yōu)點。試驗采用圓環(huán)體狀快硬、高強(qiáng)的密封錨固卷,密封錨固卷長度可按圍巖的裂隙發(fā)育程度和注漿壓力大小隨意調(diào)節(jié)。這種方法不僅結(jié)構(gòu)簡單,操作方便,成本低廉,由于密封錨固卷密封長度較長且隨意調(diào)節(jié),可有效防止高壓漿液從巖體裂隙向巷道空間外泄,而且密封錨固卷巧妙地將密封與錨固融為一體,不僅實現(xiàn)了“錨注一體化”,而且實現(xiàn)了“錨封一體化”,密封效果十分理想。
錨注支護(hù)是以適應(yīng)軟巖變形特征的先柔后剛的支護(hù)形式,先通過錨噴的組合拱原理,形成一個松散的組合拱以達(dá)到允許一定變形及卸壓的作用,在通過對圍巖的注漿加固獲取足夠的巖體強(qiáng)度來抗拒圍巖的變形,達(dá)到巷道圍巖的穩(wěn)定。
圍巖注漿的主要作用:
1、注漿后漿液將松散破碎的圍巖膠結(jié)成整體,即把原巖體內(nèi)存在的裂隙注入高強(qiáng)度漿液后形成強(qiáng)筋骨,從而提高了巖體自身強(qiáng)度,有效地改變巖體的力學(xué)物理性質(zhì),實現(xiàn)利用圍巖本身作為支護(hù)結(jié)構(gòu)的一部分,充分調(diào)動圍巖的自承能力。
2、采用注漿錨桿注漿,可以利用漿液封堵圍巖裂隙,隔絕空氣,防止圍巖風(fēng)化,且能防止圍巖被水浸濕而降低圍巖的本身強(qiáng)度,提高圍巖的穩(wěn)定性。
3、利用注漿錨桿注漿充填圍巖裂隙,配合錨噴支護(hù),可以形成一個多層有效組合拱,即噴網(wǎng)組合拱,錨桿壓縮組合拱及漿液擴(kuò)散加固拱,從而擴(kuò)大了支護(hù)結(jié)構(gòu)的有效承載范圍,提高了支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體性和承載能力。
4、注漿加固后能使普通端錨固實現(xiàn)全長錨固,從而提高了錨桿的錨固性和可靠性,保證了支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定,且注漿錨桿的本身為全長錨固錨桿,他們共同將多層組合拱連成一個整體,共同承載,提高了支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體性。
5、注漿后使得作用在拱頂上的壓力能有效的傳遞到墻,通過對墻的加固,又能把載荷傳遞到底板,同時由于組合拱厚度的加大,這樣又能減少作用在底板上的載荷集中度,有利于減少底板巖石中的壓力,減輕底臌,從而提高了支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載能力,擴(kuò)大支護(hù)結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性。
序號 設(shè)備名稱 設(shè)備型號 單位 數(shù)量1 風(fēng)鉆 YT-24 臺 2 2 風(fēng)鎬 臺 2 3 噴漿機(jī) ZHP-70 臺 1 4 注漿機(jī) QZB-50/6 臺 1
自下石節(jié)礦采用錨注支護(hù)加固以來,同時對錨注段巷道進(jìn)行了礦壓觀測,根據(jù)觀測結(jié)果液壓枕讀數(shù)為零、測力錨桿讀數(shù)變化不大可知:注漿后圍巖的可錨性明顯提高,提高幅度在18.65%~264%之間,且巷道基本無變化,圍巖位移最大為2~3mm。
雖然每米巷道支護(hù)成本比現(xiàn)有砌碹支護(hù)高,但避免了巷道反復(fù)修復(fù)的惡性循環(huán),從長遠(yuǎn)分析各項費用也明顯降低。為下石節(jié)礦軟巖巷道支護(hù)提供了新途徑,也為擴(kuò)大錨桿支護(hù)的應(yīng)用范圍、降低巷道支護(hù)成本,減輕工人勞動強(qiáng)度找到了一種新方法。已有的錨注支護(hù)實驗結(jié)果表明,該項技術(shù)在銅川焦坪礦區(qū)具有廣闊的應(yīng)用前景,必將取得顯著的社會經(jīng)濟(jì)效益。
錨注支護(hù)四分技術(shù)六分管理,管理不到位則技術(shù)不可能指導(dǎo)生產(chǎn),由于錨注支護(hù)隱蔽工程的特殊性,因此技術(shù)管理尤為重要。
1、組合錨桿安裝
錨桿間排距按設(shè)計要求,掛繩要直、緊、規(guī)范,錨桿眼深與錨桿配套,并且垂直于圍巖表面,安裝錨桿應(yīng)保證樹脂的攪拌時間,并上緊托盤。
2、噴射混凝土:
(1)噴射混凝土應(yīng)盡量作到厚度均勻,并滿足參數(shù)要求,杜絕漏噴、毛噴現(xiàn)象,以防止注漿時漏漿跑漿影響施工;
(2)噴射混凝土所用材料的標(biāo)號、規(guī)格、材質(zhì),配比應(yīng)符合設(shè)計要求,并混合均勻,保證噴層強(qiáng)度;
(3)噴漿手要正確掌握好噴漿頭與巖幫、頂?shù)木嚯x和噴頭方向、以保證材料消耗并達(dá)到預(yù)定噴層的強(qiáng)度要求;
(4)噴漿后24小時的養(yǎng)護(hù)必須認(rèn)真實施,以保證混凝土的強(qiáng)度及防止脫水龜裂的出現(xiàn),影響注漿效果;
3、注漿作業(yè)
(1)要保證注漿錨桿孔的設(shè)計間排距,并要求垂直與巖面,底角注漿錨桿下扎30~45度,要嚴(yán)格控制孔深,使其與注漿錨桿長度配套;
(2)使用快硬水泥藥卷應(yīng)按規(guī)程作業(yè),嚴(yán)格控制浸泡水時間,并保證夯實以滿足注漿壓力要求;
(3)漿液配比、水灰比和注漿終壓應(yīng)滿足設(shè)計要求;
(4)開機(jī)前應(yīng)檢查噴層和管路,檢查閥門是否完全開啟,管路接頭要牢靠、嚴(yán)密、有效;
(5)注漿作業(yè)應(yīng)組成專門正規(guī)隊伍,注漿機(jī)械由專人負(fù)責(zé),有專人監(jiān)督壓力表,注漿要加強(qiáng)信號聯(lián)系,保證注、停及時,反應(yīng)快速;
(6)遇到漏、跑漿時,可暫停注漿,采取措施封堵漏漿處,過30分鐘后即可再注;
(7)注漿的空口閥應(yīng)在注漿后6小時拆除,可在第二班進(jìn)行,拆下的閥門要及時清洗干凈,然后抹上機(jī)油備用;
(8)每班注漿完畢,要及時清洗注漿泵及其管路、及時維護(hù);
1、采用錨注支護(hù)技術(shù)在空間及時間上允許采用交叉平行作業(yè),為快速維修巷道奠定了基礎(chǔ),大大提高了巷道施工進(jìn)度;
2、對修復(fù)巷道采用錨注支護(hù)技術(shù),簡化了修復(fù)工序,降低了勞動強(qiáng)度,減少了修復(fù)工程量,為高應(yīng)力軟巖巷道找到了一條安全快捷的修復(fù)方式;
3、采用錨注支護(hù)技術(shù),將松散破碎的圍巖膠結(jié)成整體,提高了巖體的強(qiáng)度,使巷道保持穩(wěn)定而不易產(chǎn)生破壞;
4、利用注漿充填圍巖裂隙,配合錨噴支護(hù),可以形成一個多層有效組合拱,極大的提高了支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體性和圍巖的自身承載能力;
5、將錨注支護(hù)技術(shù)應(yīng)用于高應(yīng)力軟巖巷道,為解決類似條件下巷道支護(hù)問題提供了先進(jìn)技術(shù),也為下石節(jié)礦軟巖巷道支護(hù)指明了方向;
6、通過在下石節(jié)礦錨注支護(hù)試驗中,平均每孔注漿量為500kg,可以肯定采用錨注支護(hù)技術(shù)是很適合該礦軟巖巷道支護(hù)的一種先進(jìn)形式。錨注支護(hù)技術(shù),已在下石節(jié)礦迅速推廣應(yīng)用,并將取得良好的社會經(jīng)濟(jì)效益。