糜秋元
(同煤集團(tuán)忻州窯礦,山西 大同 037000)
軟巖回采巷道具有結(jié)構(gòu)破碎、巖體強(qiáng)度低等諸多特點(diǎn),極易造成巷道底鼓、煤幫片幫及頂板冒落等事故發(fā)生。隨著煤礦開采深度的不斷增大,地壓逐漸增大,巷道支護(hù)與返修等問(wèn)題愈發(fā)突出,嚴(yán)重破壞了井下巷道圍巖的穩(wěn)定性。
同煤集團(tuán)忻州窯礦8900工作面開采煤層為11#煤層,傾角1~4°,厚度4.5~8m,平均6.2m,煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜,煤層中有一層泥巖夾矸;直接頂為細(xì)砂巖,基本頂為軟泥巖;基本底為細(xì)砂巖?;夭上锏乐ёo(hù)為錨網(wǎng)帶支護(hù),但由于巷道圍巖松軟破碎,錨桿及錨桿托盤嚴(yán)重?cái)嗔?,鋼筋帶破裂,?dǎo)致巷道嚴(yán)重變形破壞。通過(guò)分析可知該巷道為典型的高應(yīng)力軟巖回采巷道,需要有針對(duì)性地設(shè)計(jì)相應(yīng)支護(hù)方案。
(1)巷道圍巖地質(zhì)特性為軟巖。8900工作面巷道基本頂為軟泥巖,與直接頂之間極易產(chǎn)生離層,很容易受集中壓力的影響發(fā)生變形,導(dǎo)致巷道兩幫及頂板發(fā)生移動(dòng)變形。
(2)支護(hù)與圍巖不耦合。單一的錨固支護(hù)在巷道圍巖巖性好的巖層可提供較高的錨固力,取得較好的支護(hù)效果,但對(duì)于高應(yīng)力、軟巖地質(zhì)條件,單一錨桿支護(hù)作用不明顯。
(3)煤層泥巖夾矸受高擠壓力。由于巷道煤層中含有一層泥巖夾矸,在受到水分和高垂直壓力的雙重作用力下,夾矸會(huì)被高擠壓而膨出,致使煤體松散破碎,支護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生形變失效。
錨注支護(hù)是將錨桿與注漿相結(jié)合的支護(hù)方式,控制圍巖發(fā)生塑性變形,支護(hù)機(jī)理:
(1)在錨注過(guò)程中,通過(guò)注漿的方式可封堵圍巖內(nèi)的裂隙,阻隔空氣對(duì)巖石的風(fēng)化,防止圍巖受水浸而導(dǎo)致圍巖強(qiáng)度降低;此外,在注漿封堵圍巖裂隙的同時(shí),注漿可將松散破碎的圍巖膠結(jié)在一起,形成一個(gè)高強(qiáng)度巖體,配合錨噴支護(hù)可形成組合拱,增大了支護(hù)結(jié)構(gòu)的范圍及承載能力。
(2)經(jīng)注漿加固后,圍巖的巖性及應(yīng)力分布發(fā)生改變,有效減少了支護(hù)結(jié)構(gòu)上的拉應(yīng)力和壓應(yīng)力,提高了支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載能力。
支護(hù)方案為錨、噴、注、索一體化聯(lián)合支護(hù)技術(shù)方案,其巷道支護(hù)如下圖1所示。
圖1 巷道支護(hù)示意圖
(1)樹脂錨桿。規(guī)格為Ф20×2100mm的高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿,間排距700×700mm。
(2)注漿錨桿。兩種水泥注漿錨桿分別用于頂板及兩幫,間排距1300×1300mm。注漿液為硅酸鹽水泥與石灰按一定的配比混合而成。頂板及底角錨桿注漿壓力2.0MPa,兩幫注漿壓力1.5MPa。
(3)混凝土噴射。噴射混凝土的強(qiáng)度選取C20或C25,水泥:沙子:石子為1:2:2。噴射過(guò)程中要分兩次噴射,第一次噴層厚度應(yīng)控制在70~80mm之間。
(4)鋼帶選取鋼筋焊接的700mm間距的鋼帶。
(5)錨索設(shè)定。沿巷道頂板布置Ф15.24×7000mm預(yù)應(yīng)力錨索,間排距為1500mm×2000mm,并且每根配備S2360型錨固劑3卷和Z2360型錨固劑1卷。
為了有效掌握錨注支護(hù)對(duì)圍巖巷道的支護(hù)效果,優(yōu)化支護(hù)設(shè)計(jì),分別對(duì)巷道錨注段和未錨注段布置了觀測(cè)站來(lái)對(duì)巷道施工情況進(jìn)行井下觀測(cè),通過(guò)為期60d的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)后,其礦壓監(jiān)測(cè)如圖2所示。
由圖可知,通過(guò)60d的觀測(cè)發(fā)現(xiàn),兩幫的收斂量約為23mm,頂板的收斂量約為18mm,隨著加固工程的不斷進(jìn)行,巷道的收斂變形逐漸減少,并在36d后已趨向于穩(wěn)定,取得了理想的支護(hù)效果。而未錨注段圍巖變形隨著時(shí)間的推移持續(xù)增大,已無(wú)法滿足巷道的安全生產(chǎn)要求。通過(guò)連續(xù)6個(gè)多月的監(jiān)測(cè)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)巷道來(lái)壓不明顯依舊處于穩(wěn)定狀態(tài),因此說(shuō)明巷道錨注支護(hù)技術(shù)達(dá)到了預(yù)期效果。
圖2 巷道圍巖時(shí)間-收斂對(duì)比曲線圖
(1)通過(guò)對(duì)忻州窯礦原巷道支護(hù)失效致因進(jìn)行分析可知,其圍巖地質(zhì)特性容易受到上覆巖水溶蝕促使軟巖巷道圍巖流動(dòng)變形,再加上支護(hù)與圍巖不耦合都會(huì)造成支護(hù)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。因此,軟巖巷道支護(hù)應(yīng)根據(jù)巷道的實(shí)際類型情況選擇合適的支護(hù)方案。
(2)錨注支護(hù)具有主動(dòng)預(yù)應(yīng)力支護(hù)的作用,可有效避免圍巖發(fā)生進(jìn)一步松動(dòng)。通過(guò)對(duì)破碎圍巖進(jìn)行注漿加固后可以與原圍巖形成一個(gè)高強(qiáng)度的巖石整體,提高了圍巖的承載能力,同時(shí)應(yīng)力分布也均勻,避免了由應(yīng)力集中而導(dǎo)致圍巖破壞。
(3)通過(guò)對(duì)巷道錨注支護(hù)段的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)后,可知錨注支護(hù)技術(shù)有效降低了圍巖的收斂變形量,并且變形逐漸趨向于穩(wěn)定狀態(tài),保障了煤礦的安全生產(chǎn)工作。