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锚注联合支护在朱仙庄煤矿软岩巷道的应用 黄 胜,甘永胜 淮北矿业集团袁店一矿筹备处,安徽 淮北 235000 摘 要 该文分析了巷道的破坏原因、 锚注加固的机理和施工工艺。采用锚注联合支护技术,有效地控制了巷道的变形破坏,取得了良好的围 岩控制效果。 关键词 锚注 联合支护 软岩巷道 中图分类号 TD353 文献标识码 B 淮北矿业集团朱仙庄煤矿II832一区段岩巷距八 煤层底板30～40m,埋深- 560m,区段内地质构造复 杂,3～5m小断层比较发育,顶、 底板均为泥岩、 砂质泥 岩,岩性软,胶结性差,节理、 层理较发育,易风化,见水 膨胀率高,软岩特征明显。另外一些主要的大断层有 一定的摆动和延伸。 II832一区段已施工段原采用三节U29拱形支架, U型钢连接件为螺杆夹板式,这种支护低阻滑移,难以 控制和适应围岩变形。从巷道的变形特征看,两帮内 移较大,底鼓量较大,断面收缩较严重,主要是普通U 型钢支护与围岩间存在大量不均匀空隙造成支架初期 不承载,支架的设计承载能力难以发挥。 1 巷道支护形式 锚喷支护是一种主动支护,施工便捷,适用性强, 朱仙庄矿的大多数岩巷施工均采用此类支护。但此类 支护必须根据不同的围岩松动圈确定不同的支护参 数,而在施工中经常是不同围岩特性的巷道套用同一 参数,使得支护达不到预计效果。此类支护隐蔽性大, 容易造成大面积浆皮脱落及冒顶事故。 以注浆锚杆及浆体加固为主的主动加固形式,先 对原巷道进行挂网、 打锚杆、 喷浆等临时支护,再对围 岩进行注浆固结,从根本上改变围岩结构,使之成为坚 实承载的支护拱。对于节理裂隙发育的煤体和岩体, 注浆可改变围岩的松散结构,提高黏结力和内摩擦角, 封闭裂隙,使岩体强度显著提高。注浆加固可为锚杆 提供可靠的着力基础,使锚杆对松散围岩的锚固作用 得以发挥。 2 锚注加固的机理分析 1采用注浆锚杆注浆,可以利用浆液封堵围岩裂 隙隔绝空气,防止围岩风化。 2注浆后浆液将松散破碎的围岩胶结成整体,提 3 收稿日期2007 - 10 - 23 作者简介黄胜1978 - ,男,毕业于中国矿业大学采矿工程系,学 士学位,助工,现从事技术管理工作。 高了岩体强度。 3注浆后喷层壁后充填密实,保证荷载均匀地作 用在喷层和支护体上,避免出现应力集中点。 4利用注浆锚杆注浆充填围岩裂隙,配合锚喷支 护,可以形成一个多层组合拱,扩大了支护结构的有效 承载范围,提高了支护结构的整体性和承载能力。 5注浆加固后能使普通端锚杆实现全长锚固,提 高了锚杆的锚固力和可靠性,保证了支护结构的稳定, 且注浆锚杆的本身亦为全长锚固锚杆,将多层组合拱 连成一共同承载体,提高了支护结构的整体性。 6注浆使支护结构的断面尺寸加大,围岩作用在 支护结构上的荷载所产生的弯矩较小,降低了支护结 构中产生的拉应力和压应力。 3 加固技术方案及参数 II832一区段岩巷围岩较破碎,决定采用锚注联合 支护对围岩进行注浆加固。 3.1 支护材料 1U型棚及配件。使用合格的29 U型钢支架 , 钢筋笆由Φ10mm圆钢焊制,规格650mm300mm,网孔 100mm100mm。 2锚杆及配件。锚杆采用IV级螺纹钢加工而 成,顶、 帮锚杆规格均为Φ22mm,长2500mm。锚固剂 顶帮锚杆配合使用Z2360型树脂,每孔各2卷加长锚 固。冷拔电焊网由Φ6mm钢筋或Φ10mm圆钢焊制 而成,规格1500mm1000mm,网格100mm100mm。锚 杆托盘采用长 宽 200mm200mm大托盘。 3注浆材料。注浆锚杆为钢管黑皮管加工制 作,Φ25. 4mm,长度分别为1000mm、2000mm,锚杆末端 焊实,底端1.0m长度内错开钻孔,孔径由大逐渐变小, 前端孔径8mm,后端孔径4mm。使用中空水泥卷封孔, 直径30mm,长度400mm。采用单一普通硅酸盐水泥浆 液,水泥型号P.o32.5。 3.2 支护方案的实施及要求 1初喷混凝土。巷道爆破后敲帮问顶,将活矸处 理掉,及时喷射混凝土封闭围岩,喷层下转第73页 46 山东煤炭科技 2008年第1期 图2 状态转换示意图 图3 程序动作梯形图 立状态转换步序表,然后以自然语言的方式确定相关 设备的动作输出,会增加梯形图语言的易读性,便于检 查逻辑错误,是一种简化PLC程序设计的有效方法。 上接第64页厚度50mm;混凝土配比为水泥黄沙 石子 1 2 2。 2锚喷支护。采用IV级锚杆专用螺纹钢加工而 成的高性能锚杆加电弧焊钢筋网联合支护,顶部采用 风动锚杆钻机;帮部采用气动凿岩机施工,孔深与锚杆 等长;采用加长锚固方式,每根锚杆采用两节Z2360树 脂药卷加长锚固。顶部锚杆间排距为800mm。 滞后掘进迎头8～10m打帮部锚杆,锚杆参数及锚 固要求同顶部锚杆,锚杆间排距800mm。 采用MQS- 90J2气扳机对锚杆进行二次加固,使 锚杆的预紧力矩不低于300Nm。锚固力不低于80kN。 3架U型钢拱形支架。①架棚净尺寸bh 3400mm3100mm,侧腿外扎角为84 。②架棚尺寸严 格按设计断面施工,净高允许误差0～50mm,净宽允许 误差0～ 50mm。③棚距500mm,棚与棚之间用6根 Φ16mm圆钢拉杆连接。④支架搭接长度400mm,每个 搭接处采用新型限位双槽夹板2副,铁鞋规格长 宽 厚 200mm200mm10mm。⑤ 腰帮过顶采用钢笆, 交叉密排,并要求横平竖直。支架的顶部及两帮、 肩窝 应背紧、 背严、 背牢,不得出现空帮空顶现象。⑥棚腿 必须采用料石铺底穿鞋,料石规格长 宽 厚 300mm300mm150mm。⑦ 壁后充填注浆。 4喷砼。实践证明,辅助以高强并具有一定韧性 的混凝土喷层,能将巷道表面由于破裂松动的岩体予 以有效的固结与损伤修复,有利于改善围岩应力状态 和岩体完整性。 5打注浆锚杆。注浆锚杆间排距为1500mm 1500mm。注浆孔深度一般为2m。如遇岩石严重破碎、 塌孔等可重新补打或将注浆孔加深至4m左右,注浆锚 杆随之加长。注浆锚杆外露长度为150mm。封孔用2 卷快硬水泥卷,封堵要严密。 6滞后注浆。① 注浆前,对完成U型棚支护的巷 道进行复喷封闭,喷厚30～50mm,复喷后壁面不得出 现空洞、 裂隙,洒水养护 ≮7d。② 严格按设计布置注浆 锚杆,并对注浆锚杆进行编号,建立档案,以利分析。 ③ 巷道复喷前,注浆锚杆尾部螺纹部分使用特制护套 保护,防止被浆液覆盖。④ 注浆后,闸阀滞留在注浆锚 杆上 ≮6h ,保持锚杆管内压力。⑤ 尽可能低压注浆,每 孔注浆量 ≮100L ,注浆时浆液从附近锚孔或裂隙中大 量跑浆时停止注浆,等30min后,再重复注浆1～2次, 直至把U型棚后空区填满为止。 7注浆工艺及操作要求。① 注浆工艺打注浆锚 杆孔 → 安装注浆锚杆 → 注底角孔 → 注帮部孔 → 注顶板 孔。② 注浆采用自下而上、 左右顺序作业的方式,注浆 完毕后,根据观察结果确定是否复注及复注位置。③ 注 浆泵靠巷道一侧安置,以免影响行人行车。④ 连接好注 浆系统管路设备,先用水试注,确认系统连接准确可靠 后,方可正常注浆。⑤ 按施工要求配齐人员,一般设现 场负责人1人,配液工兼注浆工2人。⑥ 浆液水灰比约 为11.5 ,水玻璃掺量为水泥重量的3 ～5 。在配浆 容器中搅拌5min后配成注浆液。水泥在倒入搅拌桶时 要过筛,避免堵塞注浆泵。⑦按定压、 定量控制注浆。 注浆最大底角锚杆压力为3MPa ,帮锚杆压力为1.5MPa ; 每孔注浆量不少于100L。⑧ 注浆时,注浆工要站在注浆 锚杆侧面1m以外,以防孔内喷浆伤人。注完一孔停泵 后,注浆工应立即卸下注浆管,并把它与另一根注浆锚 杆快速连接,开始注浆。为加快注浆速度,可对2～3根 锚杆同时注浆。⑨ 注浆过程中要随时观察记录各注浆 参数的变化,若发生跑漏浆液或巷道变形、 冒顶征兆,应 立即停止注浆。⑩ 每班注浆后,用水冲洗管路5min。 4 注浆加固效果分析及结论 监测结果支护效果比较明显。巷道收敛量很小, 巷道没有出现明显底鼓,围岩基本处于稳定状态。 采用锚注支护技术能有效地固化围岩,使巷道松 散岩体形成一个再生自然拱,提高围岩的自承能力,巷 道变形得到明显控制,锚注联合支护对于控制软岩巷 道的变形具有显著控制效果。 37 2008年第1期 山东煤炭科技