松软煤层巷道破碎顶板综合加固技术研究.pdf

注 浆 洁 施 工 6 2 3 囹祝回目日臼回膘陋回绢吕m固蓝血回盎 郭 鹏 胜花伟 （ 晋城 煤 业 有 限公 司 赵 庄 矿 生 产 枝 术部） 摘要 注 浆 加 固技 木 以 其 原 位 加 固 的 特 点， 在 提 高 破 碎 体 的 完 整 性 的 同 时 可 丁 同 程 度 地 提 高 破 碎 体 的 承 载 能 力 ，因 而 普 遍 应 用 于 软 弱 破 碎 岩 土 工 程 加 固 ， 井 形 成 了 较 完 善 的 设 备、 村 料 与 工 艺 体 系， 取 得 了 明 显 的 效 果 。 关 痉 词 松 软煤 层破 碎 顶板注 浆加 固 Re s e a r c h o n粗盯n t h e t i c a l r e i n f o r c e t e c h购 u e t o b r o k e n t u n n e l r 0 0 f In I0 0 s e s o f t c o a l s e a m G l l O PEf i g s h 6 f i g H l l s W 6 1 （Pr o d u c e a n d t e c h n 。 q u e d e p a r t m e n t o f n a o Zh u a n g M。 n e，J 。 ＂Ch e n g Co a l i ” d u s t V h而 t e d c o m p a n y，J（＂c h e n g 0 48 2 0 5， Ch i n a） A h臼 t r a c t NO t e t h e Sy f U p＊ e l f l f o r Ce S a t e Ch f l l q l l e t o b e r e i n f o r Ce W i t h i t s h o t h e p O Si t i o n o f c h a r a c t e r i s t i c s， a t t h e t i m e o f r a i s i n g I n t e g r i t y o f b r o k e n u p b o d y ， c a n t h e d f f e r e n t d e g r e e g r o u n d t h e l o a d i n g a h＊ 叮 o f t h e b o d y w i t h b r o k e n u p e x a l t a t i o n， a s a r e s u l t w i d e s p r e a d a p p l y I n w e a k a n d b r o k e n u p t h e r o c k s o i l e n g i n e e r i n g r e i n f o r c e， a n d b e c o m e t h e m o r e p e r f e c t e q u i p m e n t s， m a t e r i a l a n d t h e c 正 a f t s y s t e m， o b t a i n o b v i o u s r e s u l t ． K e y w o d回 LO O Se SO f t CO 8 1 Se s f f i Br o h n t U n＊e l IO O f NO t e Sy r U p Re l f l f O T Ce 前 言 注 浆 加 固 技 术 以 其 原 位 加 固 的 特 点 ， 在 显 著 提 高 破 碎 体 的 完 整 性 的 同 时 可 下 同 程 度 地 提 高 破 碎 体 的 承 载 能 力 ， 因 而 普 遍 应 用 于 软 弱 破 碎 岩 土 工 程 加 固 ， 并 形 成 了 较 完 善 的 设 备、 村 料 与 工 艺 体 系 ， 取 得 了 显 著 的 效 果 。 随 着 锚 杆 支 护 技 术 的 发 展 完 善 ， 与 注 浆 加 固 技 术 相 结 合 的 注 浆 、 锚 杆 支 护 加 固 技 术 为 破 碎 软 弱 围 岩 条 件 丁 的 巷 道 支 护 与 维 修 提 供 了 可 靠 技 术 手 段 。 赵 庄 矿 破 碎 巷 道 顶 板 采 用 加 固 技 木 处 理 ，为 松 软 煤 层 巷 道 使 用 提 供 可 靠 的 安 全 技 术 保 证 。 豆 试 验 巷 道 生 产技 术概 况 1． 112 0 14巷 道 地 质憎 况 1．l ． l煤 层 顶庇 板 岩 石性 质 老 顶 砂 质 泥 岩 ， 平 均 厚 度 力 g r n， 黑 色， 含 丰 富 的 植 物 茎 化 石 ， 含 粉 砂 岩 条 带。 矿 山建 没 工 程技 术 新 击震2 0 0 8 圭 国矿 山建 漫 学 术 丢 议艾 氢上船 ） 6 2 4 直 接 顶 细 粒 砂 岩， 平 均 厚 度 为 11 50 m ， 灰 黑 色 ， 薄层 状 、 脉 状 ， 波 状 层 理 ， 含 丰 富 的 黑 色 有机 质 纹 理 。 剪节 理 面具 有方 解 石 薄膜 。 伪 顶 ； 砂 质 泥 岩 ， 平 均 厚 度 巳 n m， 薄 层 状 ， 含 丰 富 的 植 物 化 石 。 伪 底 泥 岩 ， 厚 k 2 2 m， 黑 色， 含 丰 富 的植 物 茎 化 石， 松 软， 含 炭 。 直 接 底 砂 质 泥 岩， 平 均 厚 度 10 ． 2 8 m ， 灰 黑 色 ， 中 厚 层 状 ， 夹 黑 色 泥 岩 、 细 粒 砂 岩 条 带 ， 见 菱 铁 矿 结 核。 1． 1． 2初 始 支 护 形 式 （l ） 顶 板 支 护 高 强 度 左 旋 无 纵 筋 螺 纹 钢 锚 杆 ， 金 属 菱 形 网、 钢 筋 托 梁 、 锚 索 联 合 支 护 。 锚 杆 布 置 咐 距 10 0 0 m m， 间距 110 0 m m， 每 排 5 根 。锚 杆 托 板 采 用规 格150 X150 X s m m的 拱 形 高 强 度 托 盘 。 钢 筋 托 梁 采 用 d i 14m m的 钢 筋 焊 接 而 成 ， 全 宽 8 0 m m， 长 4 s i n 。 金 属 网 采 用 10＃铁 丝 编 织 而 成 的 金 属 菱 形 网 ， 网 孔 规 格 为 50 X50 m m，网 片 规 格 s l XI、 l i n。 锚 索 采 用 高 强 度 低 松 弛 钢 绞 线 ， 公 称 直 径 17 s m m ， 长 度 7 3m ， 头 部 设 有 树 脂 搅 拌 头 ， 尾 部 配 有 高 强 度 锚 具。 锚 索 每 排 1 根 ，布 置 于 巷 道 的 正 中 位 置，排 距 已 o m 。 锚 索 托 格 为 30 0 X30 0 X16 m m的 钢板 ， 锚 索 钻 孔 直 径 30 m m， 锚 固 长 度 为 140 0 m m。 （2） 巷 帮 支 护 巷 道 两 帮 采 用 相 同 的 支 护 方 法 。 锚 杆 布 置 锚 杆 采 用 高 强 度 左 旋 无 纵 筋 螺 纹 钢 锚 杆 、 杆 体 直 径 2 0 m m， 锚 杆 长 2 o m 。 锚 杆 排距 10 0 0 m m， 每 排 4 根 ， 问 距 950 m m。 锚 杆 托 板 采 用 150 X150 X8。m 的 拱 形 高 强 叵 托 盘 。 钢 筋 托 梁 采 用 d i 14 。m 的 钢 筋 焊 接 而 成，全 宽 8 0 m m ， 长 2 o m 和 10 5m。 1． 2 12 0 14昔 巷道 变 形 情 况 在 巷 道 掘 进 初 期 ， 两 帮 会 出 现 向 巷 道 中 间 整 体 挤 出 的 现 象 ， 经 过 一 段 时 间 的 变 形 后 ， 有 可 能 达 到 新 的 平 衡 稳 定 。12 0 14巷 成 巷 后 ， 受 12 0 2 2巷 掘 进 动 压 影 响 ， 巷 宽 由 490 0 m m收 缩 至 450 0 m r n芹 右 ， 随 着 130 1工 作 面 回 采 推 进 ， 12 0 14巷 严 重 变 形 ， 130 1工 作 面 后 方 9 材 横 川 口 至 14 ＃ 横） ； ；口， 两 帮 移 近 量 40 0 0 r u m左 右 ；滞 后 130 1工 作 面 30 0 m范 围 内 ，巷 道 宽 度 2 0 0 0 ～30 0 0 m； 工 作 面 后 方 随 两 帮 移 近 发 生 底 鼓 ， 底 鼓 高 度 10 0 0 ～2 0 0 0 m m。 工 作 面 前 方 的 50 0 m巷 道 尚未 发 生 迸 一 步 变 形 ， 巷 道 宽 度 约 450 0 m m。 2综 合 加 固参 数 的确 定 为 淮 确 了解 采 动 前 后 巷 道 围 岩 内 部 结 构 卫 变 形 破 坏 情 况 ， 确 定 合 理 的 加 固 技 术 参 数， 在 几0 14巷 平 后 严 重 变 形 区、 采 动 影 响 区 和 试 验 区段（未 受 回 采 动 压 影 响 区） ， 分 别 布 置 窥 视 孔 对 各 区域 的巷 道 围 岩 内部 结 构 进 行 了详 细 凋 查 。 （ 见 图 1 ） 3加 固方 案 设 计 及施 工 3． 1加 回 修 复 总体 原 则 综 合 分 析 12 0 14巷 变 形 破 坏 情 况 ， 12 0 14巷 受 12 0 2 2巷 掘 进 动 压 影 响 巷 道 围 岩 巳 发 生 离 层破 坏， 超前 加 固 施 工 必 须 在 有 效 恢 复 围 岩 完 整性 的基 础 上， 提 高 巷 道 围岩 的 支 护 强 度 。 ） ； ； 吐么 产 人 不 川 计 婊 的 力 人 筒 贩 忏 灿 Ic＊ 入巡 讨 卫 仙 川 什y 耐仇 坟 川 饲 贩 ｛ 第 的 川 乍结 构世 砌 肛 叭 阶 皱 的 付 ／ 广． 、沟 付以 ＊ 刊 H州灯 协 ＊ 灿 ＊ 时 幻呐 队 ． 竺入 ＊p 堑挑 闷 加 ＊ 质 ，和 攸 果 、 计 浆几 亏、 们 仰 卜 六 坟 个 匠八 y 应 纱 状 全八 l 迫 ＊什 K蔓 迂 过 件 门耐 卜 入 冈 山 惭 卜帧 力 的 山 界 条 什、 灿 几 K山 竹 似 的。 户从 能 幻允 I 发 忡 往 过 人 体 H叫 呐 卜呐 “ 找 能 儿进 山 抵 抗 应 力 卫 仙 寸忆 寸秆 小 已 八 卜 衬的 l 肛 侈 劝 、 则 保 往 讪 二 禾 ⋯ ｝ 啊 匕 的 何 沙 断 巴 卜 （1； 咄孔r 1Z。尸； ． ； i l l戌U ； l 叶I 几I JI、 ． ． J． ．； ． l ．M六 I今 吊趴 几 i 卜 ｝ 11⋯l ．h卜 瓢比 孔 ； 1 ’ ⋯． ． 111 ．刹 隙 M小 泥 亢填 姚 。 引 p 卜 ＊ 。； ⋯ ； ．＊ 人附 卜赃 碎小封卜1 巾周 人 。 1力M 。 ⋯． ；以 L 则卜 人川 “ 个 邵 山 水 泥 浆 六 二 允 琐 H先m 灿 缨比较 盯没 何 ＊ 饲 卜桐 l y LI搂 叶浆 顶 观 ＊＊1 32试 验 巷 道 加 固 范 围 个 次 加 ＊ 卜必 E 的 l 怀 ＊ 松 竹 肌 ＊ 动 ＊ ｝ 逍 m ｝＊ ＞ 卜 ⋯刺构 何 八 于段 、 为 饼 次 个｝ ． 川闪 类 巷 迫； 匕 前 加 ＊ 荧11术 从 础川 t 八 U川1 佳 ｝ 扒 H汁 比 1 ＊ 入惭 哼 禾 戏门N～SVh； ；＊ 六 破 碎 ＊ 域 山利 1 门 ； ； ；L隍人 － 山 呐 庄沮 进 忖 超 呐 加 ＊ 。 ｝ 3施 工 顺 序 l－ 卜 －1川 ］ 】什 山 M禾过 焊回 j J州 间 门乍山 m ～｛ ． U 。 。 。 h i卜 ．闭 ⋯ NI～卜。 ［ 巾。范 山 动 吓 邑． 们 V苦力 防 ＊ 禾 动 ＊ 幻 刊 川1． I 竹 y儿 贼 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检 查 。 注 浆施 工 完 成 3 天 后 并 确认 注 浆 取 得理 想 效 果 时 ， 进行 强 力 锚 杆锚 索 支 护施 工。 351吞 道 顶板 顶 板 在 原 锚 网 支 护 基 础 b 已 采 用 。儿m m 、 长 度 8 40 0 m m的 强 力锚 索 进 行 了 补 强 支 护 （ 锚 索 间 距 190 0 m m， 排 距 力 2 0 0 0 m m） ，根 据 窥 视 情 况 采 动 影 响 前 ， 顶 板 破 坏 深 度 小 ， 完 整 性 较 好 ， 注 浆 恢 复 顶 板 岩 层 整 体 性、 形 成 完 整 的 传 力 结 构 后 ， 依 靠 现 有 支 护 ， 不 再 进 行 锚 杆 锚 索 补强 。 352巷 帮 支 护 12 0 14巷 变 形 主 要 因 两 帮 围 岩 丁 断 向 深 部 破 坏 井 失 去 承 载 能 力 所致 ， 两 帮 围 岩 注浆 施 工 完 成 后 ， 必 须 进 行 强 力 锚 杆 锚 索 朴 强 支 护， 提 高 两 帮 围 岩 的 支 护 强 度 和 刚 度。 12 0 14巷 注 浆 后 ， 两 帮 使 用 强 力锚 杆 和 注浆 锚 索联 合 进 行 补 强 支 护 加 固 ， W钢 带 护 帮。 汪浆 洁 施 工 6 2 7 毛旷 压 监 测 矿 压 监 测 的 目 的 是 检 验 加 固 质 量 和 了 解 围 岩 状 态。 通 过 测 试 锚 杆 受 力 和 巷 道 围 岩 位 移 分 布 ， 比 较 全 面 地 了解 加 固 体 系 的 工 作 状 态 ， 随 时 监 测 围 岩 的 变 形 情 况。 4． 回矿 压 监 测 内 客 和 方 注 矿 压 监 测 的 内 容 主 要 以 表 面 位 移 为 主，同 时 两 条 巷 道 分 别 安 设 测 力 锚 杆 和 锚 索 测 力 计 ， 观 测 加 固 后 的 锚 杆 锚 索 受 力 状 态 。 4． 2巷 道 表面 位 移 观 测 采 用 十 字 布 点 法 安 设 巷 道 表 面 位 移 监 测 断 面 ， 如 图 入在 顶 底 板 中 部 垂 直 方 向 和 两 帮 水 平 方 向 钻 （30 m m 、 深 40 0 m m的 孔 ， 将 （32 m m 、 长 40 0 m m的 木 桩 打 人 孔 中。 顶 板 和 上 帮 木 桩 端 部 安 设 弯 形 测 钉，底 板 和 下 帮 木 桩 端 部 安 设 平 头 测 钉 。 两 监 测 断 面 沿 巷 道 轴 向 间 隔 0 610 m。 观测方 法 为 在 C 、 D之 间 拉 紧 测 绳， A 、 B之 间 拉 紧 钢 卷 尺 ， 测 读 A O、 A B值 ； 在 A 、 B之 问 拉 紧 测 绳 ， C 、 D之 问 拉 紧 钢 卷 尺 ， 测 读 CO 、 CD值 ； 测 量 精 度 要 求 达 到 l m m， 井 估 计 出 0 s m m ； 超 前 口 采 工 作 面 6 0 m滞 后 回 采 工 作 面 40 0 m范 围 内 1 ～2 天 1 次 ， 距 回 采 工 作 面 越 近观 测 间 隔 应 越 短 ， 无 明 显 采 动 影 响 时 每 月 1 ～2 次。 在 12 0 14巷 加 固 区 域 布 置 测 站 ， 对 加 固 后 的 巷 道 表 面位 移进 行观 测 。 图 3巷 道 表 面 位 移 监 测 断 面 布置 屯ZI锚 杆 锚 索 受 力 现 测 在 12 0 14巷 加 固 段 中 部 安 设 卫组 测 站 ， 包 括 一 个 断 面 的 锚 索 测 力 计 4 个 ， 顶 板 离 层 仪 一 十 ， 深 基 点 不 小 于 8 。； 测 力 计 观 测 断 面 两 侧 各 安 设 1 个 表 面 位 移 观 测 断 面 （ 两 断 面 间 距 10 0 0 ～12 0 0 m m入儿0 14巷 观 测断 面 内 安装10个 断 面 的锚 杆 测 力计 。 5赵庄 矿 巷 道 破 碎 顶 饵 综 合 加 圃 效 呆 分 析 5． 回注 浆效 早分 析 门） 初 步 窥 视 表 明 ； 注 浆 施 工 对 围 岩 裂 隙 进 行 了 有 效 充 填 。 浆 液 渗 透 到 极 破 碎 岩 体 内 部， 形 成 了 较 完 整 的 水 泥 固 结 结 石 体 ； 岩 层 裂 隙 内 形 成 了较 完 整 的 充 填 层 。 门） 凝 固 的 水 泥 对 破 碎 岩 体 缝 隙 的 填 塞 有 效 控 制 了 破 碎 岩 块 的 移 动 ， 为 后 期 锚 索 朴 强 施 工 奠 定 了基 础 。 丁 山 建 役 工 程 枝 术 新 进 震 2 0 0 8 圭 臼 矿 山 建 设 学 木 会 议 文 集 （ 上 册） 6 2 8 门）由 于 下 列 原 因 导 致 局 部 围 岩 存 在 一 定 量 充 填 不 完 全 的 裂 隙 ① 对 于 12 0 14巷 ， 工 作 面 推 进 速 度 快 、 工 期 紧， 难 以 进 行 深 部 围 岩 分 次 注 浆； o 在 12 0 14巷 ， 由 于 工 期 紧 没 有 迸 行 表 面 喷 浆 ， 导 致 注 浆 区 域 的 巷 道 表 面 均 存 在 丁 同 程 度 的 漏 浆 问 题 ， 注 浆 过 程 中 巷 道 表 面 漏 浆 严 重 ， 使 部 分 钻 孔 下 得 不 中 途 停 止 注 浆，二 次 复 注 时 浆 液 渗 透 范 围 受 到 前 期 初 凝 浆 液 影 响。 ② 考 虑 到 锚 索 锚 固深 度 大 ， 为 确 保 锚 索 顺 利 施 工 必 须 提 高 深 部 围 岩 的 注 浆 充 填 质 量 ， 故 全 部 钻 孔 均 采 用 了 孔 内下 射 浆 管 全 长 一 次 注 浆 的 施 工 工 艺 ； ④ 水 泥 浆 村 自身 存 在 一 定 量 的 固 化 收 缩 。 5．2矿 压 检 测 结 果 及 分 析 力 了分 析 注 浆 效 果 在 12 0 14巷 安 装 了 多 十 测 站 根 据 测 站 观 测 结 果 可 作 如 下 分 析 l 号 测 点 设 在 搭 设 木 垛 处 ，通 过 观 侧 在 距 工 作 面 10 0 m范 围 内，两 帮 最 大 位 移 量 134m m，工 作 面 推 过 40 m后 两 帮 位 移 明 显 增 大 ，达 到 2 2 5m m； 2 号 测 点 在 注 浆 处 6 8 0 m处 安 设 ，在 距 工 作 面 10 0 m范 围 内 两 帮 最 大 位 移 量 110 m m， 工 作 面 推 过 40 m后 两 帮 位 移 明 显 增 大 ， 最 大 力 2 98 m m， 并 随 着 工 作 面 推 进 逐 渐 趋 于稳 定 。 通 过 b 述 分 析 可 以 得 出 ， 尽 管 注 浆 施 工 过 程 中，由 于 工 期 紧 未 能 进 行 表 面 喷 浆 、漏 浆 严 重 ， 导 致 在 注 浆 过 程 中有 些 裂 隙 未 能 完 全 充 填 满 ， 而 巨 未 能 在 注 浆 后 补 打 注 浆 锚 索，这 多 少 也 影 响 了 注 浆 效 果。 但 从 测 站 的 观 测 结 果 可 以 看 出 通 过 注 浆 措 施 后 巷 道 的 变 形 量 也 得 到 了 一 定 程 度 的 控 制。 与 该 巷 道 距 开 口 约 140 0 m来 注 浆 处 两 帮 位 移 量 450 0 m m， 并 不 同 程 度 的 出 现 底鼓 现 象 相 比效 果 还 是 比较 明显 的。 6结 论 门）赵 庄 矿 区 集 中 了 围 岩 破 碎 、 地 质 构 造 复 杂 、 高 瓦 斯、矿 井 灾 害 性 现 象 多 重 条 件 ， 使 开 于 支 护 极 为 困 难 。 矿 井 复 杂 地 质 构 造 引起 的 构 造 应 力 明 显 增 大 ， 构 造 应 力 场 复 杂 ， 地 应 力较 高 ； 在 构 造 应 力 作 用 下 ， 开 采 扰 动 影 响 强 烈 ， 围 岩 破 坏 严 重 ； （2） 在 复 杂 地 质 构 造 作 用 丁， 煤 岩 体 具 有 较 强 的 时 间 效 应 ， 表 现 为 煤 岩 体 的 扩 客 现 象 突 出 ， 煤 岩 体 内 部 节 理 、 裂 隙、 裂 纹 张 开 ， 出 现 新 裂 纹 导 致 煤 岩 体 积 增 大 ， 扩 容 膨 胀 ； 复 杂 地 质 开 采 环 境 和 煤 岩 体 变 形 特 怔 决 定 了 破 碎 围 岩 矿 井 会 遇 到 一 系 列 灾 害。 门） 赵 庄 矿 区 巷 道 围 岩 变 形 具 有 变 形 量 大 、 初 期 变 形 显 著、 变 形 持 续 时 间 长 等 特 点 ， 而 且 围 岩 变 形 的 空 间 效 应 强 ， 易 受 外 界 环境 的扰 动 影 响。 破 碎 围 岩 巷 道 变 形破 坏 主 要 表 现 力 两 帮 圆 出、 片 落； 巷 道 底 膨 现 象普 遍 存 在 井 相 当严 重； 巷 道 整体 变 形 ， 断 面 收 缩率 很 大。 （乏 ） 破碎 围 岩巷 值锚 杆 支 护 主 要 作 用 在 于 控 制 锚 固 区 围 岩 的 离 层 、 滑 动 、 裂 隙 张 开 、 新 裂 纹 产 生 等 扩 容 变 形 与 破 坏。 通 过 注 浆 充 填 裂 隙 使 围 岩 处 于 受 压 状 态 ， 抑 制 围 岩 弯 曲 变 形 、 拉 伸 与 剪 切破 坏 的 出 现。 提 高 了锚 杆 锚 索锚 固 效 果 ， 在锚 固 区 内 形 成 刚 度较 大 的 次 生 承 载结 构， 最 大 限 匣地 保 持锚 固 区 围 岩 的 完 整 性 ， 提 高 围 岩 的 整体 强 度 和 稳 定 性。 作 吉 简 介 郭 鹏胜 ， 晋 城 煤 业 集 团赵 庄 矿 生 产技 术 部 。