U型钢棚新型支护在软岩交叉巷道中的应用.pdf

煤矿现代化 2 0 1 2 年第4 期 总第1 0 9 期 U型钢棚新型支护在软岩交叉巷道中的应用 高 峰 夏志村 蒋国强 山东里能鲁西矿业有限公司 山东 济宁2 7 2 0 5 3 摘要该文简述 了交叉巷道的新型支护方法 在 U型钢棚支护的基础上采 用注浆 加打锚 索的方法有效解决了软岩顶板条件下交叉巷道使用锚 网喷无法施工的难题 为类似 条件下的支护方法选择提供了参考 关键词软岩 交叉巷道 新型 耦合 中图分类号 T D 3 5 3 文献标志码 B 在煤 矿生产过 程 中 交叉巷道 难 以避免 巷道 上覆围岩为泥岩时 采取何种支护方式成为困扰很 多煤矿的难题 鲁西矿业有限公司在掘进交叉巷道 时采用高抗可阻 u型钢棚基本支护 并在此基础上 打锚 索 注浆 经过 2个月 时间的支护效果观测 两 帮 顶板移近量趋于稳定 支护效果 良好 为以后解 决类似问题积累了丰富经验 1 概 况 鲁西矿业有 限公司下组煤工程进展顺 利 施工 爆破材料发放硐 室 1 个月后 仓顶联络斜巷开始掘 进 爆破材料发放硐室回风道掘进宽度 2 6 m 掘进 高度 3 0 m 仓 顶联络斜巷掘进 宽度 2 8 m 掘进 高度 2 8 m 爆破材料发放硐 室 回风道 以 2 6 起坡 施工 2 5 4 8 m至上平巷 上平巷施工 3 8 7 6 m再变坡施工 下 山 2 5 2 9 m 接 着施 工平 巷 4 2 9 m 与 回风石 门贯 通 爆破材料发放硐室回风道平坡段在仓顶联络斜 巷上方 平均间距 4 4 6 m 见图 1 图 1 交叉巷道 上下位置 图 7 机 理 文章编号 1 0 0 9 0 7 9 7 2 0 1 2 0 4 0 0 1 8 0 3 仓顶联络斜巷上方围岩依次为泥岩 泥质砂 岩 粘土岩 中细砂岩 以泥岩为主 岩层 节理裂 隙 极为发育 遇水泥化 膨胀 岩体本身的强度较低 仓 顶联络斜巷附近巷道密度大 见 图 2 与胶带石 门 轨道石门间距平均 2 8 m左右 间距较小 由此产 生的支承压 力相互叠加 仓顶联络斜巷处应力 比较 集 中 在高应力作用下交叉巷道处顶板极 易屈服破 坏 仓顶联络斜巷与爆破材料发放硐室交叉位置处 的巷道支护成了影响安全生产的难题 一 4 o 5 m未平脏措石门 蛊 赛 一 1 一 一 L 4 0 5 m木 平 轨 道 石 门 l 图 2交叉巷道平面 位置图 在以前遇到类似情况时 仅仅采用 u型钢棚基 本支护 巷道围岩变形大 返修次数多 浪费物料严 重 采用简单的 u型钢棚支护 u型钢棚受挤压后变 形严重 出现了棚梁压弯 棚腿扭曲 底板鼓起等等情 况 经过分析研究 决定采取 u型钢棚基本支护 打 锚索 喷浆 壁后注浆 底板注浆 的方法 这种方法既 右 建议采用钢结构井塔或井架 7 单层井壁施工虽然存在接茬漏水的缺点 但 是井壁的支护强度还是可靠的 建议双层井壁借鉴一 下单层井壁 的工艺和方法 降低双层井壁的厚度 5 结束语 通过对鄂 尔多斯南部 矿 区特殊 凿井冻 结技术 进行研究 找出了适合本地区地质特征的冻结法特 殊凿井冻结方案 采用 了科学合理的冻结孔 封堵技 术 实 现了冻结法特殊 凿井 的安 全高效 能够 指导 类似矿井冻结法凿井 随着特殊凿井冻结技术的研 究 和应用 必将推动鄂 尔多斯南部矿 区的建设和发 展 同时产生 良好 的社会效益和巨大的经济效益 作者简 介 郝 象鹏 1 9 7 1 1 男 1 9 9 4 年毕业 于山 东矿 业学 院 高级 工程 师 现在 兖 州煤业鄂 尔多斯 能化 有限 公 司营盘壕煤矿 项 目筹 建处从 事技术 管理和现 场 施 工 管理 工 作 收稿 日期 2 0 1 2 3 6 l 8 煤矿 现代化 2 0 1 2 r 第4 期 总第1 0 9 期 能通过注浆加固技术将破碎岩体结构面重新胶结 提 高岩体自身的完整性和自承能力 又能发挥 U型钢 棚的柔性让压作用 形成具有自 稳能力的承载结构 2 作 用机理分 析 2 1 围岩破坏机理 1 仓顶联络斜巷交叉处顶板主要为泥岩 泥质 砂岩 两种岩石强度低 存在很多层理和弱面 自承能 力差 自 稳时间较短 具有高饱和吸水性 较强的膨胀 性和流变性 且抗干扰性弱 不能承受较大的压力 2 岩石强度 的高低是一个 相对 的概 念 它 与 地应力紧密相联 如果岩体强度低 但地应力绝对 值也低 就表现不 出软岩特征 仓顶联 络斜巷 与爆 破材料发放 硐室交叉处受邻近巷道掘进的影响 其 围岩承受较高的集中应力 从而使围岩由稳定状态 过渡到软岩状态 2 2 U型钢棚新型支护作用机理 1 高阻可缩 u型钢棚支护因其具有很高的承 载能力且具有可缩性 在高应力软岩巷 道中得 到广 泛应用 u型钢棚属于被动支护 在软岩巷道 中仅 仅使用 u型钢棚 无法实现支架与围岩的耦合 耦 合支护是一个过程 其特点是最大限度发挥 围岩的 承载能力 控制围岩变形和促使巷道稳定 2 u型钢棚与顶板结合部用背板充填 并辅 以 喷浆手段 可以将结合部位充填密实 改善钢棚与 围岩 的相互作用关系 充分发挥 u型钢棚拱部 的支 撑作用 避免偏载对支架承载能力的影响 3 使用捷马公司的鸟窝锚索能够大大提高锚 索支护系统的安装应力 能充分发挥锚索系统主动 支护作用 减小围岩松动圈的半径 同时保证锚索 的锚固点在稳定弹性变形区内 减少拉应力区 充 分发挥围岩 的 自承能力 在 u型钢棚棚腿上凿 眼打 锚索 见 图 3 锚索在一定程度上可 以阻止 u型钢 棚 的滑移变形 图 3 u 2 9钢 棚加工 图 2 3 注 浆机 理 1 注浆后 将松软 的岩体胶结 成整体 从 而可 以提高岩体的强度 可以实现利用岩体本身作为支 护结构的一部分 1 9 2 注浆后使其作用在拱顶上压力能有效地传 递 到两墙 通过 对两墙 的加 固 又能把荷载 传递到 底板 由于组合拱厚度加大 又能减小作用在底板 上的荷载集 中度 减少底板 岩石 中的应力 减 弱底 板的塑性变形 减轻底鼓 有助 于底 板和两墙 的稳 定 进 而又能保 持拱顶 的稳 定 从 而保证 了整个支 护的结构的稳定 3 注浆锚杆本身为全长锚固锚杆 它可将 多层 组合拱连成一个整体 共 同承载 提高支护结构的整 体性 注浆使其支护结构断面尺寸加大 围岩作用在 支护结构上的载荷所产生的弯矩变小 从而降低了支 护结构中产生的拉应力和压应力 因而能承受更大的 荷载 提高了支护结构与承载能力 扩大了支护结构 的适应性 能均匀承受较高的动压作用 4 可以通过底角注浆锚杆将一部分墙角荷载 传递到比较稳定的底板深部 扩大了支护结构范围 且能限制巷道底鼓的出现 可将支护结构有固定铰支 座演化为固定支座 改变了支护结构的受力性能 3 施工方 法与工 艺 3 1 施工方法 3 1 1 U 型钢 棚加 工 在距棚腿顶端 3 0 e m处烧焊 出略大于鸟窝锚索 直径的孔 便 于在棚腿上打锚索 锚索参数 捷马鸟 窝锚索 1 7 7 8 6 3 0 0 m m 高强锚索托盘 2 0 0 2 0 0 1 0 mm球面型 安装预应力 8 t 3 1 2打 眼 采用 Y T 一 2 8 式风动钻机钻眼 配 B 2 2中空六棱 钢钎 3 6 mm一字钻头湿式打眼 打眼要准 直 齐 3 1 3放 炮 仓 顶联 络斜巷采用钻爆法掘进施 工 全 断面一 次装药一次起爆 最小抵抗线不低 于 0 3 5 m 爆破 前 一次支护距掘进工作 面距离不大于 0 8 m 由于 爆破材料发放硐室提前施工 在 回风道 实施 底板 注 浆后 施 工仓顶联 络斜巷交叉 点 时 顶板基本无 冒 落现象 由此可见注浆效果 良好 3 2 施工工序 打 眼一 装药连线一 爆破 一通 风排炮 烟一 敲帮 问顶一 临时支护一 出矸一 铺双 抗 网上梁 一刷棚 腿 窝 上棚腿一背顶一 打 注锚索一 喷砼 初喷 一 打 注浆锚杆并注浆一 复喷 3 3 注浆工艺 3 3 1 注浆锚杆参数 注浆锚杆采用规格 2 O 2 0 0 0 mm 无缝 钢管 制作 壁厚 3 m m 间排距 1 0 0 0 1 5 0 0 ra m 3 3 2 注浆材料配比及 注浆压 力控制 煤矿 现代化 2 0 1 2 年第4 期 总第1 0 9 期 注浆浆液采用 5 2 5 水泥与水配制 为提高注浆 效果 设计添加适量减水剂 注浆材料配 比选用 W C 水 水泥 O 6 0 7 减水剂按水泥质量的 6 添加 注浆 锚 杆 注 浆 终 压 2 5 M P a 最 大 注 浆 压 力 3 O MPa 压力稳定在终孔压力 即可停止注浆 如果注浆 量大 注浆压力一直不上升 时 应改用浓浆注浆 注 浆量正常后按正常配比浆液注浆 直至达到设计压 力为止 3 3 3 注浆施工工序 注浆施工顺序 为 打注浆锚杆孔一安装 固定 注 浆 锚杆一 注底板锚杆一 注底角 锚杆一注 帮锚杆一 注顶部锚杆见 图 4 I I 破材料发放硐室底柢 图 4注浆示意 图 3 3 4注 浆加 固时机 选择 在 软岩破碎顶板条件下 注浆加 固围岩是提高 围岩强度的有效措施 应根据现场条件选择合理的 注浆材料和注浆时机 提高巷道的整体稳定性 注 浆加固时间的基本原则是巷道刚出现了松动裂隙 变形 但又没有破坏时开始注浆加 固 注浆材料的 选择对 围岩 的稳定性影响很大 应避免浆液泥化 围 岩 进而降低 围岩强度 在实际操作 中 待锚杆索受 力 后 让压系统变 形 说 明巷道 围岩 已有 轻微 的裂 隙出现 即可注浆加固 这样可以使得注浆体与预 应力锚 索共 同形成 一个 巨大 的预应力混凝 土支 护 体 强力地维持着巷道 的稳定 毒 鬟 豢 景 曼爱 景 薹 誊 薯 毫 量 暑 艇 l 时 俩 图 5 支护效果观测图 5 结语 软岩巷道交叉点采用 u型钢棚新型支护要从 加强支架整体强度 改善支架与 围岩的相互关系 提高支护结构本 身的稳定性 出发 切实提高 巷道支 护的安全性 实践证 明 u型钢棚新 型支护方法在 加固软岩交叉巷道上是可行的 值得进一步研究和 推广 在现场施工 中还要注意以下几点 1 施工 中 由于放炮震 动的影响 卡缆螺母扭 矩变小 卡缆松动 卡缆螺母要多次拧 紧 2 在倾斜巷道中使用 u型钢棚加固时 需要 保证 U型钢棚迎 山有力 6 0 8 o 迎 山 1 3 注浆施 工质量要 严格要求 一 定要保 证注 浆过程 中巷道表 面 喷层 锚 索孑 L 不漏浆 注浆压 力达到要求 同时要加强注浆质量检测 当出现 1 根注浆压力小于 1 M P a 注入 K 泥量大 于 5 0 k g时 表 明原注浆未注满 或围岩裂隙未充实 应在 l O m范 围 内补打注浆锚杆重注 重点加强底鼓观测 必要时 进行二次底板注浆 2 3 4 支护效果 观测 4 在进行巷道支护的 同时进行 支护效果观测 在 交叉点布置表面位移观测点 采用 十字布点法 测量两帮移近量和顶板下沉量 目的是掌握围岩活 动规律 正确 评价 围岩 控制效果 为类似 围岩条件 下支护采取合理 的技术提供依据 下面是仓顶联络 斜巷 与爆破材 料发放硐室交 叉点施 工支护后 2个 月 的观测 图 5 参考文献 马念杰 潘玮 李新元 煤巷支护技术与机械化掘 进 中国矿业大学出版社 马念杰 2 0 0 8年 引文 1 3 9页 张红卫 高应力软