三软岩体巷道锚网、钢带、喷浆联合支护技术研究

三软岩体巷道锚网、钢带、喷浆联合支护技术研究

维利煤矿位于龙口矿区东部。采煤层为新生代第三系。井田地层呈现出平坦的倾斜趋势，该区域的断层结构相对发达。煤系地层岩石强度低,松软易破碎,易风化,潮解易膨胀,属典型的三软岩层。1岩路保护形式的研究和应用1.1无锚杆锚固式巷道图21993年4月,在6100运输巷进行了锚网、钢带、喷浆联合支护改革。设计沿一层煤施工,支护形式原为D=3.2m的料石圆碹,为加快施工进度,结合围岩压力情况,于4月上旬改为锚网联支,其支护形式为锚网、钢带、喷浆、反底拱联合支护,地坪以上为直墙半圆拱,地坪以下反底拱,矢高500mm,巷道宽度B=3.0m,直墙1.0m,料石规格350×250×150mm,拱上抹50mm砂浆,喷浆厚度100mm,钢丝网2.0×1.0m,钢丝Φ4.5mm,网格100×100mm,搭接100mm,锚杆Φ14mm×1800mm,端头锚固式,间距600×600mm,快凝膨胀水泥药卷锚固,每支一卷,钢带δ=5、b=50mm,采用随掘随喷的施工工艺,先施工轨面以上部分,20m以后集中分段拉铺底复喷。巷道施工380m,该段标高为-140m～-186m之间,施工停滞一个月后,以-150m为界上下形成鲜明对比:上部巷道局部喷层破碎,及时进行修整加以复喷后,不再发生变化。-150m以下,巷道底鼓,顶板下沉,喷层破碎,钢带压弯,多处地方巷道两帮及顶部喷层与锚杆托盘脱离(托盘陷进),钢丝拉断,顶板严重变形处托盘被钢带板压碎裂支护失效。洼里矿认真进行矿压观测,掌握了巷道变形规律:(1)随着巷道埋深的不断增加,地压增大,来压显现强烈,主要表现为围岩自稳时间缩短,变形速度加快,变形量增大。-150m以上浅部可以搞锚喷支护。(2)冲剪破坏为喷层变形破坏的主要原因,据统计发现:喷层94.9%属挤压冲剪破坏,仅有5.1%属膨胀破坏,喷层破坏处揭露出来的钢带85.9%处于挤压拱曲状态,只有4.1%的钢带处于拉伸状态。(3)围岩表层位移,浅部位移大于深部,随着开采深度增加,围岩流变性能更为显著,变形量加大。为此在3113面、8103面、6102面等标高在-150m以上水平巷道设计时多采用锚杆甩浆、钢棚支护巷道,经回采验证,既满足了安全生产需要,又降低了支护成本,效益比较明显。1.2顺槽支护实践洼里矿属于断陷沉积盆地的边缘地带,岩石强度由中心向边缘逐渐变低,同一岩层在不同区域强度差异很大,矿西部较东部距沉积中心近,岩石强度大于东部,-108m水平西部好于东部,一水平好于二水平。二层工作面顺槽支护,多年以来施工实践形成了上半圆代灰,下半圆干茬料石砌碹支护的成功经验,在8202工作面两巷采用此法,经过回采验证两巷基本无变化和破坏情况。经过专题研究,提出了多种支护改革意见,先后进行了不铺底,改砂浆灰口为黄泥灰口,减少灰口厚度,利用水料石铺底和侧放料石铺底改变砌体厚度等多种试验,取得了较好的效果。同时根据现场情况,进行沿空送巷施工,既做到了不留煤柱,又全部回收了料石,取得了很大的经济效益。1.3软岩巷道支护施工-250m反打东副巷一开始处于煤1～煤2间岩层中施工,该岩层结构致密,但膨胀性较大,属强膨胀性岩层,洼里矿采用两次成巷拖后10～15m开始送底,未能将地压很好地释放,造成一昼夜间巷道底鼓平均80cm,长达50m。-250m东主巷第三贯眼以里巷道施工,层位穿过一层煤,进入一层煤顶板中,该岩层破碎,胶结程度差,强度低,采用两次成巷,一开始巷道底鼓、内挤,巷道变形严重,后期采用拖后一月的时间铺送底,巷道成型持续稳定时间较长。由于-250m反打东主、副巷与-250正打东主巷所处岩石层位不一样,巷道底鼓量、顶板变形及巷道两次成巷时间与距离也不一样:(1)反打东主、副巷在成巷时,拉底量一般为1.0～1.2m左右,而正打东主、副巷成巷时,拉底量平均为1.5m左右。(2)成巷时巷道底鼓程度不一样,反打巷道底鼓后岩层倾角约在65°～70°之间,而正打东主巷多在80°～90°之间。(3)两次成巷时间与成巷距离不一样,当时反打东主、副巷一般两次成巷间隔为18～20d、距离20～25m为宜,正打东主、副巷一般两次成巷间隔为20～25d、距离为25～30m为宜。软岩巷道的支护原则是“先柔后钢、先让后抗、柔让适度、稳定支护”。在六采回风下山底部(-220m左右),采用了砌碹壁后充填炉渣的方法,炉渣厚度20cm,从支护效果看,巷道全宽无任何变化,巷道净高由于顶板下沉及底鼓而稍有变化。在-250m东主巷采用了壁后充填100mm厚的200#砼的支护方法,它克服了矸石充填的缺点,同时也加大了砌块厚度,弥补了砌体灰缝不饱满的缺点,增加了碹体支护强度,支护效果较为理想。过去洼里矿由-108m水平向-250m水平开拓延伸时,大量的巷道主要位于深部砂岩中施工,砂岩含水,胶结性能差,易片帮、掉顶。在施工方法上要求采用风镐破岩,短段掘砌,有效地控制了顶板下沉,保证了支护效果。1995年洼里矿-250m东副巷在砂岩中施工,同年4月发生泥石流涌出,至1996年2月共涌出4次,涌出量达1000m3,采用在后方巷道打钻注浆的方法,将冒顶区再生顶板加固好,采用风镐短段掘砌,料石碹支护,循环进尺0.5m,于1996年11月份成功地渡过了该区域。洼里矿在一水平开采二煤时因煤层薄,底板岩石易泥化,给切眼施工及排面造成极大的不便,经过总结研究采用铰接顶梁配合液压支柱支护,溜子运输直接排面的施工工艺,先后施工了7201、8201、7207、12101等工作面切眼,保证了接续,保证了质量。1.4根据不同的楼层调整措施(1)“三大层”地层发育特征一段:煤1顶板以上30m为灰绿色钙质泥岩,夹白色灰岩,该段岩层为海象沉积岩层,硬度大,强度高,不易冒落,在其中施工的巷道变形量较小,但由于距煤1较远,上部距泥灰岩较近,巷道不易布置在该段中。二段:钙质泥岩至煤1间岩层,为灰绿色灰黑色页岩,层理不发育,胶结程度差,岩层破碎,强度低,在其中施工的巷道变形严重。三段:煤1～煤2间岩层,为灰褐色次油页岩、灰黑色页岩等,该段岩层层理发育,胶结较好,结构致密,强度适中,但岩石膨胀性较大,属强膨胀性岩层。四段:煤2底板砂岩层,灰白色砂岩、泥岩等,砂岩松散,胶结差,多为散沙,几乎不成岩体,泥岩软弱,遇水软化成泥,本段岩层强度低,巷道施工条件恶劣,但岩石几乎无膨胀,巷道按要求施工,基本不发生变形。(2)大跨断层巷道支护方法①砂岩,可大断面施工,先拱后底,不用卸压或轻微卸压即可。②钙质泥岩,可一次成巷,全料石圆碹,断面不宜过大。③沿煤1施工,采用底板卸压法,即采取两次成巷,先施工轨平以上部分,并及时支护,经过20～25d后再施工轨面以下部分,将巷道成型进行全封闭支护。④煤1～煤2间,岩层后劲大。浅部可采用底板卸压法,深部可采用两次支护进行卸压,即先采用小断面掘进,用锚喷或架棚等多种柔性支护作为第一次施工,底不处理,让围岩压力进行释放,待18～20d后,再进行永久支护。若不采用两次支护进行底板卸压,上半圆支护强度必须加大,同时也要采用可缩木。⑤煤1上部,采用顶部卸压法,碹体加一定数量可缩木,顶部充填一定数量的可缩性充填物。⑥煤1顶板5m以上,只要巷道不是位于大断层附近,顶部适当卸压,加强顶部强度,打骨后支设骨架或再挂网喷浆。⑦大构造附近,特殊情况可采取特殊措施,两次成巷或三次成巷,即先拱、再墙、后底等方法。通过采取以上支护对策,大大改善了巷道支护的受力状况,保证了支护效果。同时进行围岩松动圈测试,进行了蠕进卸压支护试验,条带碹可缩木等试验,以便对洼里矿围岩进行准确分类,形成适应围岩条件的支护对策。1.5强化管理,建立标准化工程管理队伍(1)加强观测,每进行一项支护改革都要做到现场施工与矿压观测、理论分析相结合,充分进行论证、比较。(2)加强现场管理,确保每一道工艺、每一道工序,都严格按规程措施兑现,落实在现场。(3)狠抓工程质量,认真落实工程质量终身负责制,建立工程档案记录,明确责任,对每一项工程的责任者,都在工程台帐、交接班原始记录上详细记清,归档保存。建立、健全各种规章制度和约束机制,使质量管理有章可循,有章可依。(4)高标准,严要求,大搞质量标准化建设。洼里矿开展了“十比十赛”,“六比六赛”、“高标准文明采区建设达标竞赛”、“质量信得