B070110用锚杆支护技术防治底臌.doc

用锚杆支护技术防治底臌郭建忠 侯瑞平【晋城无烟煤矿业（集团）公司成庄矿，山西 晋城，048001】摘 要 巷道底臌问题一直以来都是影响巷道围岩安全稳定性的主要因素之一。底臌会增大顶底板移近量，缩小巷道断面尺寸，妨碍正常的运输、通行和通风，严重时还必须停产起底维修，耗费大量的人力、物力和财力。随着井下开采深度的增加、巷道断面的增大，底臌问题愈为突出。所以，防治底臌不管在安全上还是在生产上，都需要一个解决的方法。采用锚杆加固支护技术对防治底臌是一种非常有效的解决方法。关键词 底臌防治 锚杆支护 注浆1 巷道底臌巷道底臌是一个极其复杂的物理、力学过程，它与巷道围岩性质、应力学状态、地质条件及维护方式密切相关。1.1 巷道底臌的原因1.1.1 底板岩性影响底板岩层的结构状态（如破碎结构、薄层结构、厚层结构等）、软弱程度及软弱岩层的厚度直接决定着巷道底板发生底臌的大小及底臌形态。当底板位于坚硬的砂岩或灰岩中时，一般处于稳定状态，通常不会发生底臌；而当底板位于软弱的泥岩、页岩或断层破碎带中时，由于岩体强度低、吸水率高、裂隙发育，其自身稳定性和承载能力较差，在地应力作用下极易产生底臌，造成底板失稳破坏。1.1.2 岩层应力影响井下巷道的开挖破坏了原有的应力平衡状态，引起了围岩应力重新分布，巷道围岩所受应力状态则是影响底板臌起的决定性因素。岩层应力达到一定的条件时，底板岩层由于不能承受过大的应力作用而破坏底臌。1.1.3 水理作用底板含水会减少岩层节理以及节理与裂隙间的摩擦力，形成岩层滑移面，致使致密岩层分成薄层，岩体结构变松散，岩体强度减弱，在地层应力作用下，底板易发生底臌。同时，岩体一般都具有一定的吸水率，长期接触水后会加速岩石的软化，降低岩层的强度。1.1.4 巷道断面形状影响研究测试结果表明，在相同条件下，直墙半圆拱形巷道的底臌量比圆形巷道的底臌量高1/3。1.2 巷道底臌的形状巷道底臌的形状大致可分为3种类型：褶曲型、直线型、弧型，见图1所示。褶曲型 直线型 弧状型图1 巷道底臌的形状2 底臌的防治方法底臌的防治包括两个方面：其一是预防，即在巷道产生显著底臌之前，采取一些措施以阻止底臌的发生或延迟底臌发生的时间；其二是治理，即巷道产生显著底臌后采取一些措施控制底臌的连续发展。为了保证底板岩层及整个巷道围岩的稳定性，应该以预防为主，以治理为辅。目前的底臌防治措施按照机理的不同可分为四类。2.1 起底法起底是现场应用很广泛的一种治理底臌的方法，但它是一种消极的治理底臌的措施。在具有强烈底臌趋势的巷道中，往往需要多次起底，不仅工程量大、费用高，而且还影响两帮及顶板的稳定性。特别是在底板设有轨道和设备的巷道，起底工作十分困难，每次起底后都需要重新铺设轨道和设备。2.2 支护加固法支护加固法就是对具有底臌趋势的巷道底板或两帮岩层进行支护以增大其强度，从而提高底板的稳定性，减小底臌量。它包括底板锚杆、底板注浆封闭式支架等形式。底板锚杆能否有效地控制软岩巷道底臌，不仅取决于底板岩层性质及应力状态，而且与锚杆支护形式及参数有关。底板注浆适用于加固比较破碎的底板岩层。这种方法控制巷道底臌的效果与底板岩层的性质和破碎程度、注浆材料、注浆压力、注浆深度及注浆时间等诸多因素有关。利用封闭式支架防治巷道底臌是一种常见的方法。它的有效性与围岩性质、应力状态、支架工作特性等相关。支架可分为刚性支架和可缩性支架两大类。2.3 应力控制法应力控制法与支护加固法不同，其实质在于设法使巷道围岩处于应力降低区，从而达到保持底板稳定性的目的。应力控制法的种类很多，可将其分为采掘布置法和人工卸压法。采掘布置法是将巷道布置在应力降低区。如沿空掘巷、在采空区中布置巷道等，可以明显改善巷道的维护状况，显著减小底臌量。它是一种应优先考虑的方法。人工卸压法指在被保护巷道内向其附近围岩实施卸压措施，如切缝、钻孔及爆破等，令周围附近围岩内的高应力向围岩深部转移，使巷道处于应力降低区。2.4 联合治理法即把不同的两种治理方法如将封闭支架与锚杆支护、锚杆支护与注浆、底板爆破与注浆、切缝与锚杆、封闭支架与爆破等结合起来使用。这些措施兼有两种方法的优点，控制底臌的作用更大，适应力更强。3 治理实践成庄矿以前没有遇到过明显的巷道底臌问题。但是随着开采深度增加、开采范围扩大，底臌现象有日益严重的趋势。加之受地质构造和采动影响，底板臌起现象十分严重，已经影响到回采工作面的推进速度，显著影响了矿井的产量和效益，给安全生产带来诸多困难。借鉴以前治理底臌经验，于2005年9月开始在2217煤巷对底臌进行治理。整个2217煤巷位于松软破碎岩体中，巷道周边的围岩破碎圈很大，两帮的应力增高区位于岩体深部，在应力作用下受挤压周边破碎岩层向巷道内移动造成底臌，底臌速度远远大于顶、帮收敛速度。3.1 2217煤巷地质状况3.1.1 煤层顶底板岩性煤层顶板中老顶为中砂岩，厚2.50m，浅灰色，含泥质斑块，以石英长石为主；直接顶为泥岩，厚6.27m，灰黑色，中厚层状，含植物化石。煤层底板中直接底为泥岩，厚7.58m，灰色，中厚层状，层理清楚，含植物化石；老底为细砂岩，厚1.10m，浅灰色，薄层状，以石英长石为主。巷道穿越的煤层较硬，坚固性系数f值为24。煤层总厚6.11m，倾角1.53。本巷道水文地质条件简单，煤层老顶为含水性砂岩,裂隙较为发育，涌水量较大。煤巷西面2311工作面已回采完毕，顶板垮落，采空区积水较多，瓦斯含量较高。最大涌水量为0.3m3/min，正常涌水量为0.10.15m3/min。3.1.2 巷道条件2217煤巷为矩形断面，毛宽4.52m、毛高3.1m，净宽4.2m、净高2.95m。巷道采用锚、网、梁+锚索联合支护。锚杆间排距为800800（mm）。锚索间排距为16001600（mm）。巷道在掘进期间底板已有不同程度臌起，臌起范围达到0.51.3m。顶板无明显变化，少数地方两帮挤出，相对移近量不大。相邻2311工作面已回采完毕，采空区对巷道底臌有一定的影响。巷道的底臌已妨碍正常的行人、通风、运输和生产，对今后的生产工作造成一定影响。3.2 底板支护初始设计巷道底板起底到设计高度后，对从200m开始到500m处的底板进行锚杆支护。每排6根锚杆，间排距为800800（mm），铺金属网并加钢筋梯子梁。底板采用锚杆锚固与注浆加固结合，通过注浆加固巷道围岩，形成一个连续的注浆加固圈；而锚杆通过与围岩相互作用和加初锚力在围岩内又形成一个锚杆加固圈，并且注浆加固圈为锚杆提供了可靠的着力基础，使锚杆对松散岩层的锚固作用得以发挥，保证了支护结构的稳定性和强度。图2 底板支护示意图3.3 支护材料锚杆采用左旋无纵筋螺蚊钢锚杆，直径22mm、长2400mm，延伸率17%，杆尾螺纹M24。锚杆托盘采用拱型高强度托盘，尺寸为12012010（mm）。钢筋梯子梁采用直径14mm的钢筋焊接而成，宽80mm、长4400mm。金属网的规格为4500900（mm），采用12#铁丝编织而成，网孔5050（mm）。水泥注浆中水泥标号为525#，水灰比为12.012.5。3.4 日常监测支护完成后，对巷道底板进行矿压监测，收集动态信息。在巷道300m和400m处分别设置1个测站。监测采用十字布点法，在顶底中部垂直方向和两帮水平方向钻直径28mm、深400mm的孔，将直径29mm、长400mm的木桩打入孔中。顶板和上帮木桩端部安设弯形测钉，底板和下帮木桩端部安设平头测钉。两监测断面沿巷道轴向间隔0.61.0m。观测方法为：在C、D之间拉紧测绳，在A、B之间拉紧钢卷尺，测读出AO、AB距离值；再在A、B之间拉紧测绳，在C、D之间拉紧钢卷尺，测读出CO、CD距离值。测量精度要求至1mm，每周观测1次。图3 监测点3.5 动态数据分析从2005年9月底开始对2217煤巷300m和400m处的两个测点进行监测，并在原2217煤巷800m处（没有安设锚杆）设测点进行监测。测得数据如下表1、2、3所列，表中第一横栏均为初始值。表1 300m处测站 （单位：mm）观测日期AOBOCODO9.2620839502253227110.320839502253227110.1020839502253227110.1720839502253227110.2420839502253227111.0120839502253227111.820839502253227111.1520839502253227111.2220839502253227111.2920839502253227112.05208395022532271表2 400m处测站 （单位：mm）观测日期AOBOCODO10.03133416442244226610.10133416442244226610.17133416442244226610.24133416442244226611.01133416442244226611.08133416442244226611.15133416442244226611.22133416442244226611.29133416442244226612.051334164422442266表3 800m处测站 （单位：mm）观测日期AOBOCODO10.10153514732441213210.17152014732441213210.24143114732441213211.01132614732441213211.8121114732441213211.15110714732441213211.22100414732441213211.2980314732441213212.0575514732441213212.12677147324412132从上面的数据中我们得知对巷道底板进行支护后的巷道段底臌量无明显增大，而底板没有进行支护的巷道段则随着时间的推移底臌量非常大。由此可见，锚杆支护对治理底臌效果非常明显。4 结 论通过一定的防治能保证巷道正常的的生产、通风、运输