铁生沟煤矿软岩断层破碎带支护.pdf

迎 生筮 翅煤堑遮让 1 2 * 牢丰丰木l 木l c 木I 术术木术l 术木木木术木木木木木I c 术丰木木术木宰木卑 铁生沟煤矿软岩断层破碎带支护 术术爿c 术木术木术爿c 术术木爿 术水术术术术术木术木术术木术术术术木术术术* 郑州煤炭设计研究院韩玉治许传鸿 摘要本文介绍了铁生沟煤矿井底车场和硐室各类不同岩性的软岩及断层破碎带，运 用“围岩松动圈理论”和“新奥法”基本原则，探索出了一套比较合理的支护经验。 关键词井底车场 硐室 软岩断层破碎带支护经验 河南省巩县铁生沟煤矿是司法部办的年产 1 ．2 M t 的煤矿。该矿井底车场及硐室位于煤层顶 板，为立式车场，车场大多数巷道垂直于煤层走 向，为穿岩层巷道 即石门 。煤层顶板为砂岩、砂 质泥岩、炭质泥岩、泥岩等多种岩性的岩层交互赋 存，因此，车场巷道不可避免的要多次多段穿越其 中的软岩层，另外，车场内新发现三条8 m 以下小 断层，这就使巷道及硐室支护更加困难，在施工和 使用过程中有多处、多段都遭受到不同程度的破 坏。 设计院与矿方、施工单位密切合作，运用“围 岩松动圈理论”和“新奥法”基本原则，反复实践， 摸索出了一套比较完善合理的支护方法，解决了 该矿软岩、断层破碎带支护难题。自1 9 9 7 年投产 以来，井底车场及硐室使用效果良好。其主要支 护经验总结如下 1 软岩支护不能“硬抗” 实践证明，软岩支护单靠提高支护强度、采取 硬抗的办法是不行的。如该矿马头门遇一小断 层，岩石破碎，5 0 0 n 蛆厚的砼砌碹全部压跨，后用 1 4 槽钢密集支护做骨架，外砌5 0 0 咖砼修复， 又被压坏，砼脱落，槽钢外露，变为“麻花”状。本 矿其它象这样硬抗失败的例子还有许多。 2 软岩巷道必须二次支护 “新奥法”的基本原理就是先喷一层砼作为第 一次支护，经过适当时间的卸压或让压，再进行第 二次支护，即“先让后抗”。二次支护的关键一是 掌握好二次支护的时间，二是合理的支护方式。 值时，通过井壁结构的竖向变形解决竖向荷载继 续增加的问题。这样就解决了设计中竖向荷载的 不确定性问题，使控制井壁厚度设计的荷载仍为 水平压力，避免了井壁厚度的增加。具体做法是 在井壁一2 8 3 m 和一3 4 5 ．5 m 处设置可缩节头，见 图3 。 图3 该结构设计中竖向屈服荷载小于该处井壁砼 允许荷载，每个节头设计变形量1 3 0 - 肿，当变形量 达到设计值时，可缩节头就成为刚性结构，以保证 结构的承载能力和防水性能。考虑井壁自身的可 缩量与可缩节头的作用，当地面沉降小于5 0 0 咖 时，井壁结构是安全的。另外为减少井壁与土层 滑动时的摩擦力，还将原来设计中内径保持一致 变外径的做法，改为外径保持一致而变内径。 责任编辑章新敏 万方数据 1 8 堪壁递进缝 生箜 翅 1 二次支护要选择适当的时间。软岩掘进 后围岩原始应力遭到破坏，发生变形，二次支护的 时间原则上应在第一次支护后围岩变形基本稳定 或减缓至一定程度后立即支护，如过早支护，压力 尚未充分释放，围岩仍在产生较大的位移变形，支 护后则很容易被压坏。变形基本稳定后若不及时 支护，则可能发生冒顶片帮等事故。给二次支护 带来极大困难，并造成人力和物力的极大浪费。 如乘人车场段第一次锚喷被压坏，因长时间没及 时修复，致使2 0 m 长巷道全部垮落，修复时，清理 冒矸7 0 多车，寸尺未进，后改用导硐法施工，先施 工两侧墙体，再施工拱部，清一点，砌一点，才得以 完成修复工作。 不同地质条件的围岩变形稳定时间差异较 大，多则数月，少则不足一个月，一定要注意观测， 以便适时进行二次支护。 2 选择合理的二次支护方式。根据观测资 料和理论分析确定了恰当的支护时间后，合理地 选择和设计二次支护的材料及结构型式是很重要 的。经过几年的施工实践，我们灵活运用“围岩松 动圈”理论，摸索出了一套适应不同地质条件、断 面、破坏部位、破坏程度等情况的较为合理的二次 支护方式，实践证明，这些支护方式易施工、投资 少、效果佳。 砂岩断层破碎带支护其支护方式为双液注 浆、砌碹。断层破碎带松动范围大，围岩承载力 小。因此，二次支护前必须改变其破碎特征，使围 岩变为载体。我们采用水泥、水玻璃双液注浆，把 破碎岩石固结成整体。加水玻璃可使浆液快速凝 固，不外泄流失，又可使围岩尽快承载。马头门、 水泵房、吸水井等处围岩为中粒砂岩，但受小断层 影响，围岩破碎，压力很大，砼拱大块垮落，墙体开 裂鼓出。马头门加强支护返修后仍被压坏。以上 硐室经双液注浆后再砌碹，至今完好。 软岩断层破碎带或有淋水的软岩支护其支 护方式为“U ”型钢可缩支架、留让压层、砌碹。该 类围岩主要为泥岩、炭质泥岩、页岩、砂质泥岩等， 该类围岩遇水快速膨胀，并泥化变软，因此，其破 碎带不能注浆加固；因断层破碎带范围大，锚杆不 能把松动岩石锚固到未松动的稳定岩层上，因此， 也不宜打锚杆；如有淋水，即使围岩不破碎，岩石 表面遇水也会泥化变软，造成砼不易和岩石粘结， 因此，也不宜喷射砼。在这种情况下，采用“U ”形 钢可缩支架加钢筋砼背板、留出2 0 0 舢可缩让压 层再砌碹的支护方式就比较理想。如运输石门过 煤段，巷道净宽4 m ，煤质松软，岩石为炭质泥岩并 有淋水，第一次支护为料石碹刚性支护，由于压力 大，巷道严重变形，仅能通过矿车，修复时采用上 述二次支护方式修复成功；又如卸载站8 0 m 单轨 段遇逆断层，其围岩为泥岩、砂质泥岩，岩石破碎， 第一次支护为料石碹，压坏后也用上述方式二次 支护成功。 无淋水不破碎较大断面 一般净宽2 ．8 m 以 上 软岩支护其支护方式为锚喷、砌碹。围岩不 是断层带，整体性较好，松动圈范围有限，锚杆可 把松动围岩固定到松动圈以外稳定岩石上，以阻 止其变形，在这种情况下，可用锚杆支护，锚杆要 用管缝式锚杆。喷射砼1 0 0 l I ⅡI l ，既起加固作用，又 起防止岩石风化作用。锚喷后再砌碹。该矿井底 煤仓、车场卸载站、清理撒煤斜巷等都是用以上方 法修复的。 小断面软岩支护因断面较小，压力及围岩变 形相对较小，这时可不打锚杆，仅喷1 0 0 啪砼，以 防岩石风化，预留1 5 0 。2 0 0 咖可缩让压层，然后 砌砼即可。如单轨回车线段、井下火药库通道等， 其断面净宽都在2 ．6 m 以下，原锚喷压坏，用以上 方法修复。 小跨度巷道底鼓治理其方法是砌底拱。底 板为软岩时，常发生底鼓，从而引起巷道破坏，可 采用砌底拱方法处理。如内水仓净宽4 ．3 m ，底鼓 约O ．5 m ，铺轨隆起变形，空车线绕道净宽2 ．4 m ， 底鼓0 ．3 ～O ．4 m ，二者砌底拱后使用良好。 大跨度巷道底鼓治理其方法为先打锚杆，再 浇砼。因断面大，如仍砌底拱，当弧度小时受力不 好，作用不大；如底拱弧度大时，则挖底太深，巷道 墙体易压坏，因此不宜砌底拱。如双轨水闸门硐 室背水侧，其断面净宽7 m ，原铺底7 0 0 l 咖砼，因 该处底板岩性不好，水闸门试压时底鼓突水。修 复时挖底O ．7 m 。垂直底板打管缝式锚杆，然后浇 注0 ．7 m 厚砼。试压达4 M P a ，仍完好无损。 以上经验及各种支护方式可供同类围岩条件 下的巷道支护时借鉴。 责任编辑章新敏 万方数据