平煤十一礦深部煤倉維修技術的探索應用

張海志 張紅武 李學樓

摘要：在大埋深、高地應力、斷層帶的軟巖煤倉中，采用錨桿、錨網、錨索及噴漿+注樹脂漿聯(lián)合支護的形式。通過該聯(lián)合支護形式把深部圍巖強度調動起來，主動、有效強化圍巖強度和保持圍巖穩(wěn)定，阻止圍巖的進一步破碎及流變變形，加強圍巖與支護體承載的強度，提高圍巖的整體性和實現(xiàn)主動支護，增強主動承載能力。該聯(lián)合支護形式有效的控制了煤倉的收斂變形及倉壁垮落現(xiàn)象，大大減少了維修量，提高了煤倉的服務年限。

關鍵詞：高地應力 煤倉 聯(lián)合支護 主動承載

平煤股份十一礦施工的二水平丁六采區(qū)由于受張莊逆斷層和鍋底山正斷層的影響，其走向及傾角在東西方向上變化較大：53勘探線以東走向為N：325°，58勘探線以西走向為N：295°，其間區(qū)域為N：300°左右；52線以東煤層傾角相對較大為8～14°，一般為9°左右，56線以西次之，為7～10°，一般為8°左右，兩勘探線之間相對較緩，為6～8°，一般為7°左右。區(qū)內存在范莊逆斷層和張莊逆斷層，走向分別為北偏西30～35°和北偏西40～17°，傾向均為北東向，傾角分別為20～30°和17～45°，落差分別為20米和20～52米，對采區(qū)影響較大。而丁5-6-22122煤倉在此影響范圍內，該煤倉已經過多次不同形式的維修，圍巖松動范圍較大。

通過研究和確定方案，我們采用錨桿、錨網、錨索及噴漿+注樹脂漿聯(lián)合支護的形式。

1 維修煤倉聯(lián)合支護應用可行性論證

1.1 煤倉圍巖破壞機理研究分析

煤倉施工后，由于直徑大，埋藏深應力重分布顯現(xiàn)劇烈，周邊徑向應力降低，切向應力卻增高，使應力圓迅速擴大至極限平衡狀態(tài)。隨著徑向變形的產生，巖體進入塑性后，切向應力就不再增大，反而由于圍巖強度逐漸降低而下降，使圍巖形成破壞，當塑性區(qū)擴展到一定程度出現(xiàn)塑性破裂，巖石粘聚力和摩擦角相應降低，引起圍巖松動，這時塑性形變承載力將轉化為松動壓力，且可能達到很大的數(shù)值，導致圍巖失穩(wěn)。初始支護采用錨桿噴支護或錨索噴支護或錨桿錨索噴聯(lián)合支護，由于澆注混凝土支護剛度大，不能適應大直徑煤倉開掘初期及應力峰值期變形速度快、變形量大的特點；在錨桿支護中，由于煤倉直徑大埋藏深，淺部圍巖變形迅速，從而降低了錨桿的錨固作用，使錨桿在很低錨固水平下工作，而且隨著圍巖的變形，圍巖應力不斷向深部遷移，錨固力不斷散失。軟巖巷道的大變形，特別是深部巖體和淺部巖體的非均勻變形在錨桿上產生較大的剪力，相應地要求錨桿提供更大的錨固力。被錨桿加固的圍巖比較松軟，其抗壓強度低于地壓應力值，圍巖就要產生流動性變形，造成噴層脫落，繼而片幫垮落，不能保持噴層及圍巖表層的完整。圍巖較松軟破碎，無法實現(xiàn)錨桿的主動支護；另一方面，錨桿錨索噴聯(lián)合支護雖然將擴大煤倉的支護范圍，能把深部圍巖強度調動起來，和淺部支護巖體共同作用，但錨桿錨索聯(lián)合支護密度大，破壞了圍巖的整體性，同時由于煤倉直徑大埋藏深，使得錨桿、錨索遭到切向應力即剪切力破壞。

想要使得圍巖最大限度地發(fā)揮其承載能力，又不使遭到松動破壞，必須使得支護體共同作用，加強支護體的屈服強度，減小圍巖的流變變形，使圍巖應力均勻分布承載體上。

對已經過長期修復治理的煤倉來說，因圍巖的松動范圍大，修復時不宜再采用讓壓支護，需要加大支護強度，擴大巷道的支護范圍，把深部圍巖強度調動起來，控制煤倉周圍圍巖的穩(wěn)定性，提高圍巖的整體性和自承載能力，并對圍巖起到加固效果，實現(xiàn)對煤倉的主動支護。

我們通過二次支護采用注樹脂漿支護，在大埋深、高地應力、斷層帶的軟巖修復巷道中，采用注美固364與錨網索噴漿聯(lián)合支護。通過注樹脂漿（美固364）將破碎圍巖膠結成整體，提高巖體粘聚力和內摩擦角，強化巖體的力學性能，最大限度地發(fā)揮圍巖承載能力。采用錨網索噴漿，阻止圍巖的進一步破碎，加強圍巖與支護體承載的強度，阻止圍巖的流變變形，提高圍巖的整體性和自承載能力，實現(xiàn)主動支護，增強巷道的拉壓能力。充分利用注漿材料的物理和化學性質，將破碎圍巖膠結成整體，提高巖體粘聚力和內摩擦角，強化巖體的力學性能，最大限度地發(fā)揮圍巖承載能力，提高了巷道施工速度，加強了煤倉支護，降低巷道失修率。

煤倉支護應遵循以下原則：提高圍巖的殘余強度；提

高圍巖的自承能力；減小圍巖中的應力集中；改善圍巖的不均勻變形和應力集中。選擇全錨網錨索噴漿+注樹脂漿聯(lián)合支護形式，加上科學的管理，完全能夠在該條件下滿足要求。

1.2 施工方案合理性分析

在借鑒其它礦經驗的基礎上，結合我礦的具體情況，以礦壓觀測值為基礎，總結研究出“地質力學評估-初始設計-現(xiàn)場監(jiān)測-信息反饋-修改設計”的動態(tài)設計方

法。

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，首先對煤倉維修時采用錨網錨索噴漿支護，把深部圍巖強度調動起來，主動、有效強化圍巖強度和保持圍巖穩(wěn)定，阻止圍巖的進一步破碎及流變變形，再采用二次支護注樹脂漿支護，利用美固364抗壓強度高，滲透能力強，凝結時間短的特點，不但有利于更大程度的發(fā)揮圍巖體承載能力，強化巖體的力學性能，最大限度地發(fā)揮圍巖承載能力。也有利于二次支護后流變狀態(tài)圍巖體應力的平衡，可充分發(fā)揮錨網錨索及噴漿+注樹脂漿各自的最大支護和承載能力，該聯(lián)合支護形式有效的控制了軟巖煤倉的收斂變形、自重變形及倉體中部和底部易破碎現(xiàn)象，大大減少了維修量，提高了煤倉在該工作面的服務年限。

2 支護選型

二水平丁六采區(qū)煤倉的基本情況，其煤倉高度為35m，設計凈斷面直徑為5m，掘進斷面直徑為5.7m，澆注壁厚為350mm，該煤倉容量為939.06t，一天平均出煤量為4000t左右；原煤倉支護為混凝土澆注支護。

2.1 維修支護斷面圖（附圖1、附圖2）

2.2 倉體支護參數(shù)

網采用Φ6mm鋼筋焊接網，高強錨桿Φ22×2400mm每排16根，錨索Φ17.8×4500mm每排16根，間排距均為1000×800mm（附圖1），注漿錨桿Φ20×4500mm每排16根，間排距為1000mm×1000mm（附圖2）。

3 施工工藝及注意事項

3.1 施工順序

首先人工將倉體失修和收斂部分擴幫至設計尺寸，第二步進行錨網錨索+初噴支護，第三步打注漿錨桿并注漿進行支護，第四步進行復噴至設計尺寸。

3.2 注漿標準及要求

①注漿以前應先布置好注漿管位置并依次編號后方可注漿。

②注漿采用美固364 Flex （硅酸鹽）。

③注漿壓力為1.5～2.5兆帕為準。

④注漿錨桿長度為4500mm，間排距為1000mm×1000mm。注漿孔布置見附圖2。

⑤注漿錨桿間距誤差不大于正負100mm，外露長度為50mm至80mm為準。

⑥注漿量要飽滿充實，并以每個孔不發(fā)生跑漿、露漿為宜。

⑦封孔采用專用水泥藥卷，每根錨桿配2個藥卷，把藥卷在清水中浸泡10至15秒，必須先抽掉紙芯，用手揉捏均勻后推入孔口，封住孔口中，封孔應嚴實。

4 效果觀測

工程結束后對該軟巖煤倉進行“十字”礦壓觀測法。每間隔5～6m設立一個測站，每站設立不少于2組測點，每組測點間距不超過1.5m，每組分別在東西和南北幫中部布設測點測量。

通過2012年10月至2013年4月測點觀測數(shù)據(jù)的變化情況表明，6個月內南北幫收斂累計143mm，前期收斂變化量穩(wěn)定，中期變化量較大，后期處于穩(wěn)定狀態(tài)；東西幫收斂量為119mm，同樣是前期收斂變化量穩(wěn)定，中期變化量較大，后期處于穩(wěn)定狀態(tài)。

實踐表明該聯(lián)合支護形式使軟巖煤倉變形得到了有效控制，采用該技術后減少了煤倉維修的次數(shù)，增加了采區(qū)煤倉的服務年限。

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作者簡介：

張海志（1980-），男，河南社旗縣人，本科，助理工程師，研究方向：煤礦支護技術管理。