深埋高应力软岩掘进巷道支护技术研究.pdf

煤 炭 科 技 8 C OAL S CI E NC E T E C HNOL OG Y MAG AZ I NE 2 0 0 8年第 2期 No ． 2 2 0 08 文章编号 1 0 0 8 3 7 3 1 2 0 0 8 0 2 0 0 0 8 0 2 深埋高应力软岩掘进巷道支护技术研究 张成银． 杜昌 要 徐州矿务集 团有限公司 平凉新 安煤业有 限责任公 司，甘肃 平凉7 4 4 2 0 0 摘 要 深埋高应力软岩巷道 的维护是深井开采时面临的一个难题。通过新安煤矿井底车场 巷道全断面锚 网梁索支护的实践 ， 特别是应用底角锚杆控制巷道变形 ， 分析 了深埋高应力软 岩情况下巷道 围岩变形破坏的原 因， 总结 了联合支护的施工经验 ， 可为今 后类似工程提供参 考 。 关键 词 深 埋 ； 高应 力 ； 软岩 ； 巷 道 支护 中图 分类 号 T D 3 5 3 ． 6 文献标 识码 B 新安煤矿采用主 、 副 、 风三立井单一水平开拓 ， 井筒深度 7 5 4 m 井底车场巷道采用传统锚喷网支 护技术 ， 但在井底车场施 工过程 中。 出现 了顶板下 沉严重 、 底鼓 、 喷体开裂及锚杆拉弯变形 、 锚杆托盘 内陷等大变形现象。针对这些破坏情况 ， 在后续 的 返修和掘进过程 中， 改变 了原有 的支护参数 ， 提高 了支 护 强度 ． 同时强 调耦 合 支 护 以及对 关 键 部位 的 有效治 理 ， 基 本实 现 了巷道 的稳定 。 1 工程概况 井底车场巷道群埋深 7 5 0～9 0 0 m． 所处地层为 中生代 的 中侏罗统延 安组下部 ． 围岩岩性主要 为 煤 1 4 ． 1 7 m 、 煤 7 ． 4 8 m 及煤层顶底板的泥岩 、 砂质泥岩 。 皆属于软岩类 。同时巷道群处于周寨 向 斜轴部 ． 煤岩层倾 角变化急剧 ， 地质 构造破坏 了岩 层的完整性 。 层理节理发育 。 围岩容易破碎开裂。 2 巷道变形破坏的特点及原 因分析 2 ． 1 巷道变 形的 特点 f 1 巷道 施 工 1 5 d后 开 始 出现 不 同程度 的变 形 和破 坏 。 2 0～3 0 d变 形加 剧 ，主要 表 现在 巷 顶严 重 下沉 。两 帮喷 体 连带 两 帮岩 层大 面 积 开裂 片 帮 ， 底鼓现象严重 。 锚杆被扭 弯 。 锚杆托盘脱落或严重 反转 ． 联络巷两帮相对移近量最大达 2 ． 1 m。 2 巷道修复仍以锚 网为主支护 ， 但由于 围岩 变形大 。 持续时间长 。 修复工作并未有效地控制 围 岩变形 ， 修复后的巷道仍不能保持稳定。 3 变 形 后 围 岩 的 主要 特 征 是 软 弱 、 松 散 、 破 碎 ， 软化 、 泥化现象显 著 。 力学特性显 著降低 ， 加上 围岩 破坏 后部 分锚杆 失效 。 巷道 后期 变形加 剧 。 4 部分地段 围岩受地下水 的浸泡 。 岩体泥化 现象明显 ， 底鼓和巷道变形更为严重。 2 ． 2破坏 原 因分析 2 ． 2 ． 1 深部 地应 力大 井底车场埋深在 7 5 0～9 0 0 m之间．上覆岩层 产生 的垂 直主 应力 为 0 - 1 2 ． 51 O 7 5 0～9 0 0 1 8． 7 ～22． 5 M P a 式 中 上覆 岩层 的视密度 ， t ／ ms ； 巷道埋 深 。 m。 由于巷道群处于周寨向斜轴部 ． 煤层倾角变化 急剧 。 因而处于较高的构造应力区。 2 ． 2 ． 2 围岩 强度较低 巷道所处 围岩的天然抗压强度仅为 1 ． 4 5 ～ 2 6 ． 7 MP a ， 皆属于软岩类。 软岩具有强度小 、 易破碎 、 遇水 易软化、 支护困难等特性 。 为不坚 固岩层。加上环境 因素对岩层造成 的破坏 ． 开挖后巷道的围岩强度大 大 降低。 巷道稳定性系数远远超过极限值 ， 巷道处 于极不稳定状态 ． 势必会 出现变形破坏。 2 ． 2 ． 3 支护参数选择 不合理 巷道原设计支护方式为锚喷网支护， 采用 2 0 m i l l 2 2 0 0 m m 锚 杆 和 4号 钢 筋 网 。 网格 8 0 1 “11 1“1 1 维普资讯 2 0 0 8年第 2期 张成银等 深埋高 应力软岩掘进巷道支护技术研究 9 8 0 mm 混 凝 土喷 层厚 度 为 1 5 0 m m ， 采 用 C 2 o 混 凝 土 局 部 地段 以 1 5 ． 2 4 m m 6 5 0 0 mm锚 索 加 强 支护 相对 于巷 道所 处 的工 程 地 质环 境 ， 原 支 护 参 数存在以下问题 ①支护强度不够， 且难以形成支 护的整体性 ； ②锚杆和托盘不匹配 ， 托盘厚度 不够 ， 部 分托盘 内 陷 、 反转 失效 导致 锚杆 失效 。 另外 ． 加 上 施 工 过 程 中 锚 杆 预 紧 力 不 足 、 巷道 支护滞后等因素 ．巷道关键 部位首先发生 失稳破 坏 ． 进而 导致 全断 面失效 。 2 ． 2 ． 4 底板和巷道底角未采取有效措施 由于没采取有效措施 ． 已施工巷道的支护体处 于 开放 结 构状 态 当巷 道顶 帮 压 力加 大 时 ， 底 板 围 岩应力集中 ． 同时 ． 巷道底 板因受地下水 和工程水 的侵蚀 ． 岩层强度急剧降低 ． 底板 岩层产生 显著的 塑 性变 形 和剪 切 破坏 ．表现 为显 著 的底 鼓现 象 ， 进 而 直接 影 响巷 道 顶帮 的稳 定 ． 造 成 巷 道 支护 结 构 的 全 面失稳 2 锚索钢梁采用矿用 1 8号槽钢 ， 长度为 1 ． 9 m0 3 ． 3耦合 支护顺 序 ， 按 设 计 毛 断 面 掘进 一 临 时 支 护一 出矸 石一 初 喷一 铺 设 顶 部 钢 筋 网及 钢 筋 梯一 施 工 顶 部 锚 杆一 铺设帮部钢筋 网及钢筋梯一 施工顶部锚索一 施工 帮部锚索一 清除底部矸石一 施工底角锚杆一 检测 变形 4 施工注意事项 1 巷 道掘 进严 格执 行光 面爆 破 。 2 锚 杆孔 尽量 垂直 岩层 赋存 方 向。 3 一 次紧 固和二 次紧固都要 达到设计预 紧力 。 4 锚索孔深不得超过设计孔深 5 0 mm。 5 施工完毕后 ， 要加强锚索预应力检测 ． 当预 应力降低 2 0 ％～3 0 ％时 ． 可进行锚索的二次张拉 6 运输 及 使 用过 程 中采 取 有 效措 施 ． 防 止钢 绞线 破股 3 耦 合支 护设计 5应 用效 果 3 ． 1 初次 耦 合支护 设计 1 锚杆 采用 2 0 mm2 5 0 0 mm单 向左旋 无纵筋 螺纹 钢锚杆 ． 间排距 7 5 0 mm7 5 0 m m 锚杆 孔径 为 3 0 mm． 树 脂 药卷 锚 固 ， 锚 固长 度 不小 于 1 m．锚 固力大 于 1 5 0 k N． 采用 2 0 0 mm2 0 0 mm1 2 mm的托盘 2 底 角 锚 杆 底 角 锚 杆 采 用 4 3 m m 6 0 0 m m管 缝式 锚杆 ． 布置 在巷 道底 板两 侧底 角处 ． 每 侧 两 根 ， 俯 角 4 5 o ， 问排距 为 5 0 0 m m 7 0 0 mm 3 钢 筋 网 钢 筋 网 采用 6 ． 5 m m 的 圆 钢 焊 接 ． 网格 为 1 0 0 mm1 0 0 mm． 网 片尺 寸为 9 0 0 mm 1 6 0 0 m m． 逐 扣进 行连接 4 钢筋梯 钢筋梯采用 1 4 m m螺纹钢制作 ， 长 2 ． 5 m， 每 断面 四段 5 混凝 土 初 喷厚度 4 0m m， 复喷 厚度 6 0m m。 喷射混 凝 土强度 等级 为 C 3 ． 2二次 耦合 支护 设计 为实现对巷道岩性的整体控制 ． 在上述锚网支 护 的基础 上 ， 采 用 全断 面高 预 应 力锚 索 支 护 紧跟 掘 进工作 面施 工 ． 锚 索 预紧力 达 到 1 5 0 k N 1 顶部 锚 索规 格 为 1 5 ． 2 4 m m 6 5 0 0 mm． 两帮锚索规格为 1 5 ． 2 4 m m4 0 0 0 mm． 间排距为 1 ． 4 1 ． 5 m1 ． 5 m．布置 在 两排 高 强树 脂 锚 杆 之 问， 采用树脂端锚 ， 锚固长度不小于 1 ． 5 m． 每排布 置 6～7根 预应力 锚索 新安煤矿井底车场按照修改 的支护设计方案 已施 工 8 4 m 巷 道 ． 2 0 0 7年 3月 因 其他 原 因停 止 施 _I 。为 了检 测 支护 效 果 ． 在所 施 _T巷道 内进 行 了顶 板下 沉 、 两 帮位 移及 底鼓 3项 检测 。检测 结果 表 明 ， 从 2 0 0 7年 1 月 2 8日起 至 4月 2 6 日止 ．顶 板 累计 下沉量 为 5 0 m m． 两 帮 移近 量平 均 为 8 6 mm． 最 大移 近 量为 1 2 0 mm． 累计 底 鼓 为 1 0 0 m m． 基 本实 现 了巷 道 的稳 定支 护 6结 语 1 通 过 锚 网 支 护 ， 使 锚 杆 与 围 岩 粘 结 在 一 起 ． 提高岩体的整体刚度 ． 不但 可对岩层离层起到 阻碍作用 ． 而且可增 加岩层问的摩擦力 ． 使支护体 和岩层形成一个整体的支护结构 2 利用锚索技术将上覆不稳定岩层悬吊到深 部稳 定 岩层 中 ．可有 效 调动 深 部 围岩 的承 载能 力 ． 减少 上覆 岩层 压 力 3 通 过 施 工底 角 锚 杆 ， 在 角部 形 成 自承能 力 较 高 的 承 载拱 ． 减 少 两 帮 下 沉 及 塑 性 变 形 ． 从 而 达 到控 制底鼓 的效 果 作者简介 张成银 1 9 6 7 一 ， 男， 江苏沛县 人， 2 0 0 5年毕业 于中国矿业大学采矿工程专业 ． 徐州矿务集团有限公司平凉 新安煤业有限责任公司工程师。 收 稿 日期 2 0 0 7 1 卜3 0 维普资讯