許疃煤礦82三角帶圍巖治理方案
2013-10-30 03:53:52郭燦
郭燦
【摘 要】對(duì)許疃礦82三角帶圍巖穩(wěn)定性影響分析。根據(jù)巷道圍巖變形的特點(diǎn)提出了圍巖治理方案，并在此巷道進(jìn)行了實(shí)踐，取得了明顯的效果。
【關(guān)鍵詞】鼓底變形；聯(lián)合支護(hù)；圍巖治理
0.工程概況
淮北礦業(yè)集團(tuán)許疃煤礦82三角帶作為一水平主要石門，擔(dān)負(fù)著礦井南翼的運(yùn)輸、通風(fēng)及排水任務(wù)，是礦井安全生產(chǎn)的咽喉通道。目前，東翼皮帶機(jī)巷變形十分嚴(yán)重，兩幫內(nèi)收、底板隆起。棚子變形十分嚴(yán)重，難以滿足其使用斷面要求。為保障礦井安全生產(chǎn)，不得不屢次投入大量人力物力進(jìn)行臥底修復(fù)，但始終難以從根本上解決82三角帶鼓底技術(shù)難題。
1.巷道破壞原因
（1）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、地質(zhì)資料分析可知，該巷道正好處于深厚的軟弱泥巖之中，整體圍巖性質(zhì)較差，所處位置很不理想。
（2）巷道原支護(hù)設(shè)計(jì)中，底板無(wú)任何加固手段，下方幾十米后厚的泥巖因巷道開(kāi)挖、質(zhì)點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)改變而產(chǎn)生的蠕變動(dòng)力無(wú)法削弱或消除，因此底臌會(huì)持續(xù)不斷地發(fā)生。
（3）設(shè)計(jì)中沒(méi)有考慮圍巖具有應(yīng)力松弛特性，沒(méi)有通過(guò)幫部的強(qiáng)固措施來(lái)改善底板巖石質(zhì)點(diǎn)的應(yīng)力狀況，底板巖石質(zhì)點(diǎn)的蠕變、位移無(wú)法抑制。
（4）底板含有大量的游離水，游離水的存在一方面使得底板巖石強(qiáng)度大幅降低，另一方面使得底板松動(dòng)圈持續(xù)擴(kuò)大，變形加速。
（5）82采區(qū)采掘活動(dòng)的影響，工作面回采后在煤柱內(nèi)形成的支承壓力往往數(shù)倍于原巖應(yīng)力，由于煤柱內(nèi)積聚的疊加支承壓力將向底板進(jìn)行傳遞，82三角帶上方留設(shè)的保護(hù)煤柱非但沒(méi)有起到很好地保護(hù)作用，反而使得82三角帶所處的應(yīng)力水平顯著增高。
2.解決對(duì)策——幫底共治
（1）幫部設(shè)置平錨索降低巷道頂?shù)装逅胶铜h(huán)向應(yīng)力，對(duì)于架棚巷道還可以提高金屬支架的承載力。錨噴段實(shí)施底角錨桿加固底角。
（2）采取底板排水，一方面通過(guò)將底板水排走，使得底板巖石不再受水的浸害；另一方面改變底板巖性，提高抗變形能力。
（3）實(shí)施底板注漿，改變底板巖石質(zhì)點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)，降低質(zhì)點(diǎn)的蠕變動(dòng)力，借助巖石應(yīng)力松弛特性，最終抑制蠕變發(fā)生，消除底臌。
（4）采用底板錨網(wǎng)索支護(hù)，控制鼓底。
3.基本加固參數(shù)設(shè)計(jì)
在原支護(hù)基礎(chǔ)之上實(shí)施如下加固措施。
（1）幫部錨索：錨索采用Φ22mm×8000mm的高強(qiáng)錨索。幫部補(bǔ)強(qiáng)錨索共2排，距底板300mm和700mm各布置一排，間排距1000mm，交錯(cuò)布置。
（2）底角錨桿：M22L=2500mm等強(qiáng)錨桿，排距700mm，與水平夾角450。在幫頂注漿完畢之后實(shí)施。
（3）幫頂注漿。
①注漿孔布置及注漿順序。
注漿孔布置：孔排距為2.0m，孔深為2.5m。每排5孔，孔口管規(guī)格均為Φ26.75×3.25×800mm，采用間隔排注漿，注漿順序：由下至上。
注漿順序：先按照孔排距為4.0m，孔深2.5m注漿，注漿完成即布置幫部錨索，錨索安裝完畢后再按照孔排距為4.0m、孔深2.5m完成第二次注漿。第二次注漿孔布置在前次注漿孔的兩排之間。
②注漿材料、漿液類型及注漿量。
注漿采用單液水泥漿，水泥選用P.0.42.5普通硅酸鹽水泥。水灰比為0.7，注漿量以實(shí)際發(fā)生量為準(zhǔn)。
③注漿壓力。
孔注漿設(shè)計(jì)終壓為2.0Mpa。
④單孔注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。
i達(dá)到設(shè)計(jì)注漿壓力，并穩(wěn)壓達(dá)15分鐘以上。
ii雖未達(dá)到注漿壓力，但從其它注漿孔竄漿。
iii注漿過(guò)程中發(fā)現(xiàn)有漿皮炸裂，并確實(shí)無(wú)法封堵的。
（4）底板排水、注漿：布置封水注漿孔、集水孔和底板加固注漿孔。首先設(shè)置封水注漿孔截?cái)嘣摱蜗锏琅c外圍的水利聯(lián)系，然后布置集水孔實(shí)施連續(xù)抽水，直至無(wú)水可抽為止，通常抽水時(shí)間在12h—24h之間。封水注漿孔孔深（長(zhǎng)）6.5m；集水孔孔深7m，直徑110mm，上端3m安裝套筒護(hù)壁。
（5）底板一次注漿：按照設(shè)計(jì)注漿孔實(shí)施注漿，每孔注漿150分鐘以上，5孔連續(xù)注完。注漿順序：先兩邊、后中間；注漿標(biāo)準(zhǔn)為集水孔內(nèi)漿液水平距孔口距離100mm左右。漿液水灰比0.7。
底板第一次注漿前須在注漿孔位置提前24小時(shí)鉆一3m深孔實(shí)施預(yù)注漿，注漿時(shí)間20分鐘。24小時(shí)后在該位置旁實(shí)施6m 深鉆孔，之后實(shí)施底板深孔第一次注漿。底板注漿前在10m處鉆一0.3m深的淺孔，孔中漿液快滿時(shí)停止注漿。
（6）底板二次注漿：注漿孔深6000mm，每斷面2孔，排距3000mm，注漿壓力3MPa，達(dá)注漿壓力后維持15分鐘。漿液水灰比0.7。
（7）噴漿施工參數(shù)。
對(duì)大巷逐段進(jìn)行噴漿，噴厚100mm，噴射混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20。噴射砼配合比為水泥：黃沙：瓜子片=1：2：2，水灰比0.4～0.5；速凝劑摻入量為水泥重量的3%～5%，以防漏漿，噴漿及復(fù)噴前必須用高壓風(fēng)水沖洗巖面。噴后每小班灑水養(yǎng)護(hù)7天，7天后每圓班灑水養(yǎng)護(hù)一次，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于5天。噴漿在幫頂首次注漿前完成。
（8）底板錨索布置參數(shù)。
考慮到水溝及底板穩(wěn)定性，在水溝中央沿巷道軸向布置底板錨桿，底板錨桿規(guī)格為Φ22×3000mm，排距1.0m。在巷道底板則根據(jù)現(xiàn)有巷道底鼓特征，在中部布置2根Φ17.8×4000mm錨索，兩側(cè)布置2根Φ22×3000mm錨桿。要求每根錨桿孔使用2支Z2350樹(shù)脂錨固劑，每根錨索孔使用3支Z2350樹(shù)脂錨固劑，同時(shí)要求錨桿預(yù)緊力矩不低于300N.m，底板錨索預(yù)緊力不低于70KN。同時(shí)，為提高巷道底板的整體穩(wěn)定性，底板錨索、錨桿配合使用鋼筋網(wǎng)、鋼筋梯子梁及18#槽鋼托梁，提高底板錨網(wǎng)索支護(hù)的護(hù)表強(qiáng)度?？紤]到大巷運(yùn)輸較為頻繁，若現(xiàn)有巷道底鼓量較大，需大面積起道臥底，則底板槽鋼托梁垂直于巷道軸向布置；若無(wú)需起道臥底，則底板槽鋼托梁可沿巷道軸向布置（同水溝），以降低施工難度。水溝內(nèi)錨桿鋼筋梯子梁采用Φ14mm圓鋼加工，軌道側(cè)采用18#槽鋼加工。
底板錨網(wǎng)索支護(hù)采用錨桿、錨索提高底板承載結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，并采用樹(shù)脂和膠泥聯(lián)合錨固方式，提高其錨固效果，具體支護(hù)措施如下：
①采用底板錨網(wǎng)索支護(hù)時(shí)，需將巷道底板剝離至設(shè)計(jì)底板標(biāo)高以下200mm。
②為防止底板錨桿、錨索孔在施工過(guò)程中塌孔，在底板錨桿、錨索孔附近布置底板注漿錨桿。安裝底板注漿錨桿后，對(duì)底板澆鑄50mm厚的混凝土。
③進(jìn)行底板注漿，待注漿結(jié)束后施工底板錨桿、錨索孔，鋪設(shè)底板鋼筋網(wǎng)，安裝底板錨索、錨桿、拉條和托梁。要求底板錨索預(yù)應(yīng)力不低于70KN，底板錨桿預(yù)緊力矩不低于300N.m。
④再對(duì)底板進(jìn)行二次澆鑄混凝土至底板設(shè)計(jì)標(biāo)高，同時(shí)將超出底板設(shè)計(jì)標(biāo)高的錨索頭剪掉。
4.施工工藝
第一步：噴漿。
第二步：幫頂首次大排距注漿，注漿順序：先下后上。
第三步：實(shí)施幫錨索加固。
第四步：實(shí)施幫頂二次間隔排注漿，注漿順序：先下后上。
第五步：實(shí)施底角錨桿。
第六步：將水溝中的水在巷道端頭截流至其它巷道。或沿水溝內(nèi)側(cè)按照排距1500mm布置注漿孔，注漿孔深1000mm，與豎直呈600角，鉆孔深入水溝下側(cè)，實(shí)施水溝滲水封堵注漿，注漿時(shí)間10min。
第七步：布置封水注漿孔、集水孔和底板加固注漿孔。首先設(shè)置封水注漿孔截?cái)嘣摱蜗锏琅c外圍的水利聯(lián)系，然后布置集水孔實(shí)施連續(xù)抽水，直至無(wú)水可抽為止，通常抽水時(shí)間在12h—24h 之間。由于塌孔的原因，封水孔的施工也需分兩步，鉆一2m淺孔預(yù)注漿，注漿時(shí)間30min。24h后在同一位置附近鉆孔至6.5m并實(shí)施注漿，注漿時(shí)間20min，鉆一孔，注一孔。嚴(yán)禁一次性鉆完所有孔后再注漿。淺孔預(yù)注漿僅需鉆2孔（相互間隔的2孔）。
第八步：底板一次注漿。
第九步：底板二次注漿。
第十步：底板錨索施工。
5.效果分析
噴、注、錨對(duì)巷道全方位聯(lián)合支護(hù)控制錨固區(qū)圍巖離層、滑動(dòng)、裂隙張開(kāi)、新裂紋產(chǎn)生等擴(kuò)容變形，圍巖處于受壓狀態(tài)，抑制圍巖彎曲、拉伸與剪切破壞，在錨固區(qū)內(nèi)形成剛度較大的次生承載結(jié)構(gòu)，最大限度地保持錨固區(qū)圍巖完整性，減小錨固區(qū)圍巖整體強(qiáng)度。注漿充填圍巖裂隙，提高了巖體強(qiáng)度，避免應(yīng)力集中，使圍巖作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的荷載所產(chǎn)生的彎矩減小。附加利用錨索卸壓，使巷道周邊的高應(yīng)力向深部轉(zhuǎn)移。巷道施工一年半變形量小，取得良好的效果值得推廣。
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