铁生沟煤矿巷道底鼓破坏原因分析

铁生沟煤矿巷道底鼓破坏原因分析

1巷道底鼓破坏该采矿区于1986年10月开始，设计生产能力为1.2mt/a。由于地质条件复杂,主要运输大巷严重变形,制约了运输能力,产量连年维持在50万t左右,达不到设计要求。该矿东、西翼运输大巷处在-10m水平,穿过的主要岩层为石炭系坚硬灰岩,其它为细砂岩、炭质泥岩和1条厚度0.2～0.6m的煤线。岩层走向北东12°,倾角9～11°。巷道底鼓段穿过两处背斜和1条落差3m左右的断层。断层处裂隙发育,夹杂着破碎的石屑,有滴水现象。由于部分岩层强度低、裂隙发育、吸水率高,其自身稳定性和承载能力低,巷道极易产生底鼓,造成失稳破坏。根据观察和分析,铁生沟煤矿巷道破坏的主要原因是底鼓,巷道积水和底板承压水又使底鼓加剧。矿井东、西翼运输大巷全长2000m以上,其中积水巷道约400m。未积水的1600m左右巷道底鼓量几乎为0(月测),局部巷道底鼓量为0.5～3mm/月。400m左右积水巷道底鼓量较大,为20～80mm/月,局部超过100mm/月。为了保证巷道运输畅通,进行了起底清理。但在清底过程中,随清随鼓,破坏了原砌筑的水沟,使水漫巷而流。强烈的底鼓不仅增加了起底维修工作量,还影响矿井安全生产。为了摸清巷道底鼓规律,我们对东、西翼运输大巷底鼓情况进行了调查研究和现场观测,并根据具体情况,采用注浆锚杆支护和料石底拱结合片石混凝土两种方法对底鼓巷道进行了治理,取得了较好的效果。2砂浆固定杆保护2.1锚固和锚杆布置注浆锚杆支护地点选在东翼运输大巷。首先对巷道进行起底,起到低于底板标高150mm处,预留一定的变形量。采用ϕ20mm×2200mm注浆锚杆,快硬水泥药卷端头锚固,锚固力70kN以上。锚杆间排距均为800mm,三花形布置。选用水泥-水玻璃双液浆,水灰比0.9左右,注浆压力1.2MPa,最终达到全长锚固。施工期间,也曾试验用全塑锚杆代替钢筋锚杆,但效果不理想。为了更好地控制底鼓,在底板与巷脚交界处也布置了锚杆,参数同上;同时在巷道底板开凿释能槽,沿巷道横向布置,3m一个,规格2400mm×500mm×600mm(长×宽×深),用石子垫平,上部铺轨。2.2测点变形量及收敛测点回收率在距东马头门240,280,330m处各选1个观测点(分别记为测点1,测点2,测点3)测量变形量,观测结果见表1。由表1可看出,测点1,2累积收敛变形量均不超过100mm,达到了预期效果。测点3处于底鼓强烈带附近,累积收敛变形量较大,192d时达到220.8mm。3料石底部拱门与石混凝土保护3.1充填料石底拱砌筑底拱和锚注支护同步进行,选在西翼运输大巷底鼓最严重段。在保留原料石碹情况下,砌筑料石底拱(见附图)。拱净宽4000mm,拱厚500mm,曲率半径3500mm,用片石混凝土作充填材料,混凝土配比为1∶2.2∶6(水泥∶砂∶片石)。水沟从巷道一侧移到距巷道中心600mm处。3.1.1侧底板—扩刷底板施工时在施工地点前30～50m处砌1个临时水仓,直接用泵将水排出。按以下顺序扩刷底板:拆除一侧轨道—开挖该侧底板—用撑杆支撑巷道墙角—开挖另一侧底板。开挖时要注意以下几点:(1)严格按照巷道中线、腰线施工,误差不得超过50mm。每次开挖长度不可过大,以不超过2.5m为宜。(2)由于开挖跨度、深度均较大,施工时一定要打撑杆,防止片帮,保证安全作业。(3)采用风镐起底,尽可能不放炮。(4)准备排水泵,随时排干积水。3.1.2混凝土填充施工施工顺序:按照设计要求砌筑底拱—支水沟模板—浇筑水沟—填筑片石混凝土。施工时要注意下面几点:(1)控制好底拱尺寸,适当考虑围岩变形。为确保巷道设计断面达到要求,施工时断面尺寸放大50～100mm。(2)只有当一侧底拱砌筑结束后,才可砌筑另一侧底拱。(3)底拱与墙角要结合严密,平滑过渡,不留死角,保证与原有碹体成一整体。(4)片石混凝土填筑要滞后水沟1～2m。为防止水沟变形,水沟内侧模板不要过早拆除。(5)严格砂浆配比,做到砂浆饱满,不留干缝、瞎缝。3.2巷道围岩变形量观测结果在距西马头门110,140,175m处各选1个观测点(分别记为测点1,测点2,测点3)测量变形量,观测结果见表2。由表2可看出,砌筑底拱后初期,巷道变形量大,说明底拱已开始受压。随着时间的推移,变形量明显减少。至192d时,巷道底板基本稳定,累积变形量小于15mm,达到了预期效果。4片石混凝土支护技术注浆锚杆支护治理底鼓技术的主要优点是工艺简单,便于操作,费用低廉,返修比较容易。缺点是在底鼓严重地段,未能有效阻止变形,尤其是遇到软岩底板,变形更难控制;底板围岩长期暴露在外面,风化崩解严重,遇水膨胀明显;服务时间短,返修频率高。料石底拱结合片石混凝土支护技术的主要优点是围岩封闭及时,能有效地防止巷道周边围岩进一步风化、变形;整个巷道形成封闭整体,受力均匀,抗压性能好,巷道变形量小,服务时间长;水沟移向巷道偏中部位后,解决了巷道积水问题。缺点是施工工艺复杂,施工难度大;起底和砌筑时影响正常运输;巷道一旦变形破坏,返修比较困难;工程造价高。5巷道变形控制(1)底鼓巷道治理后,在1年多时间内,1/3以上注浆锚杆支护的巷道发生了不同程度的破坏,需重新返修;而料石底拱结合片石混凝土支护的巷道变形量