千米深井软岩巷道严重底鼓治理工程实践

1、千米深井软岩巷道严重底鼓千米深井软岩巷道严重底鼓治理工程实践治理工程实践中国矿业大学（北京）中国矿业大学（北京）何富连何富连 教授教授Email: Tel:010-62339989矿井地压显现、对策及新材料应用专题矿井地压显现、对策及新材料应用专题第一章第一章 冀中能源邢东矿深井软岩巷道底鼓治理冀中能源邢东矿深井软岩巷道底鼓治理第二章第二章 徐矿新安煤矿深井极软岩巷道底鼓治理徐矿新安煤矿深井极软岩巷道底鼓治理第三章第三章 国投新集口孜东深井软岩巷道底鼓治理国投新集口孜东深井软岩巷道底鼓治理汇报提纲汇报提纲23巷道底板破坏现状邢东矿有两个开采水平，目前随着矿井开采由-7

2、60水平向-980水平延伸，深井软岩巷道围岩控制难题日益突出，围岩膨胀松动破碎、变形量大，支护体严重破坏，需要不停地进行卧底、刷帮、补强等整修工作。该矿曾一度将巷道支护强度加大和增加锚杆与锚索的长度，但此种方法支护效果不明显，底鼓仍十分严重。1.1 1.1 邢东矿深井软岩巷道底鼓现状邢东矿深井软岩巷道底鼓现状28004000563242256313522b型工字钢22b型工字钢28b型工字钢28b型工字钢高阻力全封闭多边形工钢支架支架结构图高阻力全封闭多边形工字钢支架由四部分组成，包括顶梁、底梁和两侧梁，四部分采用高强螺纹连接件固定。 4顶梁和底梁采用28b热轧普通工字钢，抗弯能力是普通U36

3、和矿用12#工字钢的34倍。侧梁采用22b热轧普通工字钢，抗弯能力是普通U36和矿用12#工字钢的2倍以上。1.2 1.2 高阻力全封闭多边形工字钢支架治理底鼓实例高阻力全封闭多边形工字钢支架治理底鼓实例侧梁结构图BCBCA点放大图1:10焊接支架加工图28b型工字钢22b型工字钢 5 支架结构优点u断面利用率高u力学性能良好u安装方便顶梁与侧梁连接部位支架侧梁的型结构充分利用部分顶板压力进行护帮，支架的整体承载能力成倍提高，各梁之间采用高强螺纹连接件进行固定，增加了支架的抗扭能力。1.2 1.2 高阻力全封闭多边形工字钢支架治理底鼓实例高阻力全封闭多边形工字钢支架治理底鼓实例顶梁结构图邢东矿

4、主副暗第一联巷位于主暗斜井和副暗斜井之间，顶底板岩性以泥岩和炭质泥岩为主，底板裂隙发育，遇水软化。巷道顶帮原设计方案为锚网索支护，底板无支护。维护现状：巷道顶板下沉、两帮内挤和底鼓均十分严重。 6巷道修复设计方案为：锚杆索+架棚+注浆。具体工艺流程：扩刷至设计断面张拉原有锚索、补打锚杆索、挂金属网安装高阻力全封闭多边形工字钢支架喷砼封闭支架全断面补打注浆锚杆注浆底板浇筑混凝土。1.2 1.2 高阻力全封闭多边形工字钢支架治理底鼓实例高阻力全封闭多边形工字钢支架治理底鼓实例高阻力全封闭多边形工字钢支架支护图 71.2 1.2 高阻力全封闭多边形工字钢支架治理底鼓实例高阻力全封闭多边形工字钢支架治

5、理底鼓实例由上图可知，采用该支架后，底鼓量明显减小，说明锚杆索+高阻力全封闭多边形工字钢支架+注浆支架能有效控制巷道底鼓。 锚索21.88500mm 注浆锚杆223000mm 锚索17.84500mm邢东矿主暗联络巷长度70m，位于2#煤层中，坡度1015，设计矩形断面宽高=40003500mm，采用锚网支护，巷中与另一条巷道十字立体交叉，由于受构造及地应力的影响，巷道底鼓、变形严重，经多次整修，仍无法正常通行及使用。 8底板锚索束加固方案：( 1 ) 底 板 锚 索 束 由 三 根17.810500 mm高强度低松弛钢绞线组成，与工字钢组合梁和三孔托盘联合；1.3 1.3 锚索束治理底鼓工程

6、实例锚索束治理底鼓工程实例底板锚索束布置图 9底板工字钢组合梁与锚索束钻孔位置图(2)底板锚索束布置：采用排式布置，排距2.0m，每排3根，两侧锚索束距帮0.5m，外摆15，中部锚索束垂直底板布置；(3)钻孔参数：采用80mm钻头打孔，孔深10m。1.3 1.3 锚索束治理底鼓工程实例锚索束治理底鼓工程实例第一章第一章 冀中能源邢东矿深井软岩巷道底鼓治理冀中能源邢东矿深井软岩巷道底鼓治理第二章第二章 徐矿新安煤矿深井极软岩巷道底鼓治理徐矿新安煤矿深井极软岩巷道底鼓治理第三章第三章 国投新集口孜东深井软岩巷道底鼓治理国投新集口孜东深井软岩巷道底鼓治理汇报提纲汇报提纲1011新安矿井深在75011

7、00m之间，地应力和构造应力大，针对极软岩巷道的突出问题，采用支护方式有锚网喷支护、架棚支护等，但支护效果不明显。经过多次翻修后，在较短的时间内又出现大变形破坏现象，锚杆索失效，混凝土开裂，底臌十分严重。部分巷道每米返修成本近8万元，巷修投资成本巨大。集中皮带巷破坏现状如下图。巷道底鼓1.8m顶板泥化软岩溢出轨道倾斜2.1 2.1 新安矿深井极软岩巷道底鼓现状新安矿深井极软岩巷道底鼓现状 122.2 2.2 全封闭高强度格栅拱架混凝土砌碹控制技术全封闭高强度格栅拱架混凝土砌碹控制技术全封闭高强度格栅拱架结构R2240R2415R25904040100R4475R4650R48251200120

8、05180350350123455486487455486487453031323031322125下料长度=钢筋长度计算值+弯钩增加长度+搭接长度钢筋1和钢筋3在端头90弯钩，搭接焊300mm钢筋2自身在端头90弯钩，搭接焊200mm故各钢筋下料长度为：钢筋1下料长度=4518+2(2.2922+300)=5219mm钢筋2下料长度=4213+2(2.2922+200)=4714mm钢筋3下料长度=3908+2(2.2922+300)=4609mm2钢筋1钢筋3钢筋2下料长度=钢筋长度计算值+弯钩增加长度+搭接长度钢筋1和钢筋3在端头90弯钩，搭接焊300mm钢筋2自身在端头90弯钩，搭接焊

9、200mm故各钢筋下料长度为：钢筋1下料长度=3007+2(2.2922+300)=3708mm钢筋2下料长度=2885+2(2.2922+200)=3386mm钢筋3下料长度=2763+2(2.2922+300)=3464mm块1块2和3钢筋1钢筋2钢筋31100R2240R2415R25903968343240R2240R2415R25903钢筋3钢筋240R2240R2415R25901200钢筋1166514401200钢筋2钢筋1钢筋34下料长度=钢筋长度计算值+弯钩增加长度+搭接长度钢筋1和钢筋3在端头90弯钩，搭接焊300mm钢筋2自身在端头90弯钩，搭接焊200mm故各钢筋下料

10、长度为：钢筋1下料长度=3400+2(2.2922+300)=4141mm钢筋2下料长度=3164+2(2.2922+200)=3665mm钢筋3下料长度=2891+2(2.2922+300)=3592mm块4和5R4475R4650R4825钢筋2钢筋1钢筋35R4475R4650R482551804480548648745548648745303130313232下料长度=钢筋长度计算值+弯钩增加长度+搭接长度钢筋1和钢筋3在端头90弯钩，搭接焊300mm钢筋2自身在端头90弯钩，搭接焊200mm故各钢筋下料长度为：钢筋1下料长度=4518+2(2.2922+300)=5219mm钢筋2下

11、料长度=4213+2(2.2922+200)=4714mm钢筋3下料长度=3908+2(2.2922+300)=4609mm2钢筋1钢筋3钢筋2下料长度=钢筋长度计算值+弯钩增加长度+搭接长度钢筋1和钢筋3在端头90弯钩，搭接焊300mm钢筋2自身在端头90弯钩，搭接焊200mm故各钢筋下料长度为：钢筋1下料长度=3007+2(2.2922+300)=3708mm钢筋2下料长度=2885+2(2.2922+200)=3386mm钢筋3下料长度=2763+2(2.2922+300)=3464mm块1块2和3钢筋1钢筋2钢筋31100R2240R2415R25903968343240R2240R2

12、415R25903钢筋3钢筋240R2240R2415R25901200钢筋1166514401200顶梁两侧立柱底板反底拱全封闭高强度格栅拱架由顶梁、两帮立柱、底板反底拱拼装而成。拱架各部分拼装采用焊接的角钢通过螺栓连接，并增加连接筋，以提高连接处结构强度。格栅拱架拼装后，浇筑混凝土，最终形成全封闭高强度格栅拱架混凝土砌碹。 132.2 2.2 全封闭高强度格栅拱架混凝土砌碹控制技术全封闭高强度格栅拱架混凝土砌碹控制技术优点：格栅拱(钢拱架)施工是具有结构简单、用钢量少、受力结构条件好、加工制造方便、架设工艺简单等优点。适用条件：级及以上围岩，尤其在膨胀性泥岩、松散堆积体、碎石土、地下水较发

13、育的巷道地段使用效果较好。格栅拱架混凝土砌碹 142.3 2.3 全封闭高强度格栅拱架混凝土砌碹治理底鼓实例全封闭高强度格栅拱架混凝土砌碹治理底鼓实例集中皮带巷控制对策：巷道支护结构由初次锚网带喷形成的外圈支护结构和全封闭高强度格栅拱架混凝土砌碹形成内圈承载结构组成，并通过二次锚索加强支护将外圈支护结构和内圈承载结构组合起来，最终形成高强度、高刚度的锚壳支护结构。u 集中皮带巷巷修施工工艺流程分两阶段第一阶段：断面扩刷+锚网喷支护(1)扩刷巷道上左断面喷浆封闭围岩锚杆、钢筋网、钢带进行支护；(2)扩刷巷道上右断面喷浆封闭围岩锚杆、钢筋网、钢带进行支护； 15(3)顶帮锚索支护；(4)复喷混凝土

14、，覆盖初次支护中的锚杆、金属网、钢带和锚索；(5)滞后上分层一定距离进行下分层扩刷和卧底，同时完成帮、角、底初次锚网喷支护，并提前打好注浆锚杆；(6)利用喷浆回弹料封闭巷道底板。上分层下分层600 600巷道中心线600 6001600445057007007007007007007007007007007007005050200200700280011顶帮锚杆支护图140014001400140014001400300300570050502800巷道中心线顶帮锚索支护图2.3 2.3 全封闭高强度格栅拱架混凝土砌碹治理底鼓实例全封闭高强度格栅拱架混凝土砌碹治理底鼓实例巷道中心线570010

15、00100010001000巷道中心线5700120012001200底板锚杆支护图注浆锚杆支护图 16全封闭高强度格栅拱架施工2.3 2.3 全封闭高强度格栅拱架混凝土砌碹治理底鼓实例全封闭高强度格栅拱架混凝土砌碹治理底鼓实例第二阶段：全封闭高强度格栅拱架混凝土砌+注浆+锚索加固(1)滞后一定距离进行格栅拱架的安装固定；(2)待格栅拱架固定好后，进行模板拼装，再进行混凝土浇注，浇注时先从底板反底拱和底角部分做起，然后再施工拱顶部分；(3)待钢筋混凝土砌碹达到一定强度后，进行二次锚索安装以形成复合锚壳支护结构；(4)实施全断面注浆加固。二次锚索加强支护布置图 17支护效果实照集中皮带巷监测断面

16、收敛曲线矿压观测结果：全封闭高强度格栅拱架混凝土砌碹巷道支护3个月后，底鼓量仅3mm，说明该支护方案能够有效控制巷道的变形，保证巷道围岩稳定。2.3 2.3 全封闭高强度格栅拱架混凝土砌碹治理底鼓实例全封闭高强度格栅拱架混凝土砌碹治理底鼓实例第一章第一章 冀中能源邢东矿深井软岩巷道底鼓治理冀中能源邢东矿深井软岩巷道底鼓治理第二章第二章 徐矿新安煤矿深井极软岩巷道底鼓治理徐矿新安煤矿深井极软岩巷道底鼓治理第三章第三章 国投新集口孜东深井软岩巷道底鼓治理国投新集口孜东深井软岩巷道底鼓治理汇报提纲汇报提纲1819口孜东矿一水平标高定为-967m，二水平为-1200m。地应力大，岩体破碎，加之上巨厚表

17、土层及薄基岩等诸多复杂地质因素的影响，致使围岩呈现出明显的软岩特性。巷道“前掘后修”、“多次返修”等问题严重。据统计，井下90%巷道至少经过一次修护，部分巷道经过多次修护卧底施工。掘进后即出现一系列破坏现象：锚杆索断裂、顶板浆皮开裂及脱落、两帮鼓出、底鼓等，最终导致巷道失稳损坏。帮部鼓出棚腿断裂底鼓严重3.1 3.1 口孜东矿口孜东矿深井软岩巷道底鼓现状深井软岩巷道底鼓现状钢管混凝土支架钢管混凝土支架是近年来一种新兴的支护形式，其承载能力是同等级U型棚的3-5倍，它是在钢管外壳内填装混凝土组成的现代构件。 203.2 3.2 钢管混凝土支架控制技术钢管混凝土支架控制技术工作原理：钢管壳约束作用使混凝土处于三向受压状态，从而使夹心混凝土具有更高的抗压强度，内填混凝土与钢管管壳