強構(gòu)造應(yīng)力環(huán)境巖層的應(yīng)力場支護技術(shù)實踐

【摘要】淮北礦業(yè)股份公司袁店二礦81采區(qū)三條石門在開掘之后，礦山壓力顯現(xiàn)劇烈，特別在斷層、破碎帶等強構(gòu)造應(yīng)力集中顯現(xiàn)，巷道底鼓、兩幫位移較大，影響巷道的正常使用。通過強構(gòu)造應(yīng)力環(huán)境巖層的強構(gòu)造應(yīng)力場支護技術(shù)實踐，對81采區(qū)7213配電硐室局部巷道的實驗，徹底改變了圍巖的力學(xué)性質(zhì)，維修的巷道取得較好的支護效果，對強構(gòu)造應(yīng)力環(huán)境巖層的巷道變形及后期維護具有一定的借鑒作用。

【關(guān)鍵詞】構(gòu)造應(yīng)力場；注漿加固；巷道修復(fù)

1、工程概況

淮北礦業(yè)集團袁店二礦位于安徽省濉溪縣與渦陽縣的交界處，屬晚古生代石炭二疊紀(jì)煤田，東西長約22Km，南北寬1.2～3.4Km，面積78.82Km2。本區(qū)總體構(gòu)造形態(tài)為一走向北北東，傾向北的單斜斷塊，褶曲不發(fā)育。地層傾角較平緩，一般在5°～15°。斷層較發(fā)育，各煤層的頂板巖石以泥巖、炭質(zhì)泥巖為主，砂巖、粉砂巖、細(xì)砂巖零星分布，本區(qū)構(gòu)造復(fù)雜程度屬于中等類偏復(fù)雜。

袁店二礦7213配電硐室附近的巷道，采用36U型支護，棚距600mm，網(wǎng)片采用橫筋為Φ12mm圓鋼、豎筋為Φ8mm圓鋼電焊成650mm×400mm的網(wǎng)片，網(wǎng)格邊長×邊長=70mm×70mm，噴厚150mm，混凝土強度等級C20。周圍巷道變形嚴(yán)重，具體變現(xiàn)為底鼓、兩幫收斂、頂板下沉、噴漿漿片爆皮漲裂嚴(yán)重。巷道尺寸縮小約40%～75%，經(jīng)常造成軌道出現(xiàn)陰陽道，通車?yán)щy，給予巷道使用帶來很多安全隱患。通常，每月要進行一次臥底、掉道，給礦井安全生產(chǎn)帶來很多安全隱患。

2、強構(gòu)造應(yīng)力環(huán)境研究的背景

構(gòu)造應(yīng)力是煤礦巖石巷道發(fā)生特大變形、嚴(yán)重破壞的主要因素，某些強構(gòu)造應(yīng)力帶，巷道開挖后，短期內(nèi)即發(fā)生完全撮合，如淮南礦區(qū)顧橋中央?yún)^(qū)的南翼軌道巷，開挖不到一年，原21m2的斷面平均剩余面積僅0.25m2，部分地段完全撮合，此種情況在我國各大礦區(qū)均有不同程度的出現(xiàn)，給生產(chǎn)和安全帶來了極大隱患?，F(xiàn)淮北礦業(yè)集團袁店二礦此種情況比較嚴(yán)重，較強的構(gòu)造應(yīng)力場不僅給新掘巷道的使用帶來較大的影響，也造成已掘巷道頻繁的修復(fù)。

3、支護方案設(shè)計

3.1工程簡介

針對以上情況，該礦與安徽理工大學(xué)礦山工程力學(xué)與支護技術(shù)研究院合作，制定了新的支護方案，即在7213配電硐室新掘巷道試驗36U、噴漿、錨桿、網(wǎng)、注漿聯(lián)合支護，遇構(gòu)造帶及地質(zhì)異常時，采用縮小棚距與錨網(wǎng)間排距等措施應(yīng)對。

3.2永久支護

3.2.1巷道斷面

斷面形狀：直墻半圓拱，具體形狀見附圖1

3.2.2永久支護主體方案

主體方案分基本方案與特別加強方案?；痉桨笧檎麄€巷道必須實施的方案，若基本方案無法達(dá)到理想效果時，采用基本方案+特別加強方案。

基本方案：U型鋼+錨桿組合梁+注漿

永久支護特別加強方案

4、支護參數(shù)

4.1U型鋼棚參數(shù)

支架采用3節(jié)36U鋼加工，搭接長度500mm，棚距500mm，每處搭接采用兩幅限位卡纜和一副普通雙面卡纜固定，U型鋼之間采用5對卡纜式拉板連接，每壓茬處拉板與支架連接卡纜聯(lián)合使用，其他兩幅為獨立的卡纜式拉桿，卡纜螺母扭矩不小于300KN.m，采用鋼筋網(wǎng)背幫、背頂，網(wǎng)片采用橫筋為Φ12mm圓鋼、豎筋為Φ8mm圓鋼電焊成650mm×400mm的網(wǎng)片，網(wǎng)格邊長×邊長=70mm×70mm，噴射混凝土強度等級C20，噴厚150mm。

4.2錨桿組合梁

托梁采用11#工字鋼加工，加工成長700mm托梁，錨桿采用Φ22mm×2800mm高強度螺紋鋼錨桿。

4.3注漿參數(shù)

4.3.1注漿錨桿

間排距為1500×1800mm，每排布置9根注漿錨桿，從巷道中頂向兩幫均勻布置5根注漿錨桿，巷道左、右?guī)偷啄_布置2根注漿錨桿與水平方向呈45°角傾斜向下布置，巷道底板垂直向下布置2根注漿錨桿，外露100mm；注漿管采用Φ22mm無縫鋼管加工，注漿管長度2.5m，每根注漿錨桿使用1支Z2535型樹脂錨固劑，使用1支速凝水泥封口，桿體每300mm鉆1個孔。注漿水泥采用PC32.5標(biāo)號普通硅酸鹽水泥，水灰比為1：1。（詳見圖3-3）

4.3.2底板錨索注漿

底板錨索采用Φ22mm×6300mm的高強錨索，托盤為29U型鋼，長度為3400，底板錨索以巷道軸線為對稱軸，按照間排距1600mm×1600mm進行布置，每斷面布置3根。底板錨索的錨固分3種情況：（1）底板中含有大量游離水情況，錨索錨固又有兩種方法：a、錨索孔成孔后，首先采用水下錨固劑實施錨固，然后通過注漿實施全長錨固；b、將兩根3m的注漿錨桿絲扣連接并與錨索捆綁在一塊，下放至設(shè)計位置后，用馬麗散實施錨固與注漿一次性處理，段部用快干水泥封口，快干水泥距上端距離300mm。（2）底板無水情況，直徑用藥卷錨固，然后插入注漿管（3000mm）實施水泥注漿。

5、強構(gòu)造應(yīng)力環(huán)境巖層的強構(gòu)造應(yīng)力場支護效果分析

自2011年12月強構(gòu)造應(yīng)力支護設(shè)計方案實施以來，該巷變形、底鼓得到了控制，巷道穩(wěn)定，至今未出現(xiàn)大面積的變形、底鼓，巷道工程修復(fù)強度明顯下降，工程質(zhì)量得到保障，從源頭降低了頂板隱患的發(fā)生。

結(jié)合該支護方式，又延伸了U型鋼+錨索組合梁支護形式，托梁采用回收修復(fù)后U型加工，通過在該礦北翼軌道大巷、7216集中機巷、82采區(qū)膠帶石門等，取得良好的支護效果。從效益方面分析，雖說巷道直接成本增加了，但從巷道修復(fù)方面看，大大降低了修復(fù)成本和人力，減輕了工人的勞動強度。權(quán)衡該方案是切實可行的，設(shè)計是合理的，經(jīng)濟效益是明顯的，緩解了生產(chǎn)連續(xù)緊張的壓力。

作者簡介

張江偉（1986-），男，河南商丘人，助理工程師，主要從事煤礦開采設(shè)計、掘進施工與安全管理工作。