糯东煤矿副平硐返修段围岩控制技术.pdf
第 4 2卷第 8期能 源 与 环 保 V o l 4 2 N o 8 2 0 2 0年8月 C h i n aE n e r g ya n dE n v i r o n m e n t a l P r o t e c t i o nA u g . 2 0 2 0 收稿日期 2 0 2 0- 0 4- 0 8 ; 责任编辑 陈朋磊 D O I 1 0 . 1 9 3 8 9 / j . c n k i . 1 0 0 3- 0 5 0 6 . 2 0 2 0 . 0 8 . 0 5 2 基金项目 贵州理工学院高层次人才科研启动经费项目( 2 0 0 3 0 0 1 0 6 0 ) 作者简介 孙 谦( 1 9 8 6 ) , 男, 河南永城人, 工程师, 现从事煤矿采掘工程技术管理工作。 引用格式 孙谦, 韩老虎, 徐耀, 等. 糯东煤矿副平硐返修段围岩控制技术[ J ] . 能源与环保, 2 0 2 0 , 4 2 ( 8 ) 2 3 8 2 4 1 . S u nQ i a n , H a nL a o h u , X uY a o , e t a l . S u r r o u n d i n g r o c kc o n t r o l t e c h n o l o g y i nt h e r e c o n s t r u c t i o ns e c t i o no f a u x i l i a r ya d i t i nN u o d o n gC o a l M i n e [ J ] . C h i n aE n e r g ya n dE n v i r o n m e n t a l P r o t e c t i o n , 2 0 2 0 , 4 2 ( 8 ) 2 3 8 2 4 1 . 糯东煤矿副平硐返修段围岩控制技术 孙 谦1, 韩老虎1, 徐 耀1, 金志远2 ( 1 . 贵州兴安煤业有限公司 糯东煤矿, 贵州 黔西南 5 6 1 5 0 4 ; 2 . 贵州理工学院 矿业工程学院, 贵州 贵阳 5 5 0 0 0 3 ) 摘要 糯东煤矿副平硐原支护方式采用 U型钢支护, 但局部区域由于地质条件复杂, 围岩强度低, 没有 达到预期的支护效果, 支架扭曲变形, 巷道围岩破碎、 变形严重。针对糯东煤矿副平硐出现的支护问 题, 采用钻孔窥视仪, 对副平硐严重变形段进行钻孔窥视, 测定围岩松动圈范围。根据钻孔窥视结果, 结合工程类比法, 确定副平硐严重变形段返修支护方案为锚杆支护 + 金属网 + U型钢联合支护 + 喷 射混凝土支护。巷道矿压监测结果表明, 巷道围岩得到了有效控制, 巷道断面能够满足矿井实际安全 生产需求。 关键词 副平硐; 返修段; 扭曲变形; U型钢支护; 围岩控制 中图分类号 T D 3 5 3 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 3- 0 5 0 6 ( 2 0 2 0 ) 0 8- 0 2 3 8- 0 4 S u r r o u n d i n gr o c kc o n t r o l t e c h n o l o g yi nt h er e c o n s t r u c t i o ns e c t i o n o f a u x i l i a r ya d i t i nN u o d o n gC o a l Mi n e S u nQ i a n 1, H a nL a o h u1, X uY a o1, J i nZ h i y u a n2 ( 1 . N u o d o n gC o a l M i n e , G u i z h o uX i n g ′ a nC o a l I n d u s t r yC o . , L t d . , Q i a n x i n a n 5 6 1 5 0 4 , C h i n a ; 2 . G u i z h o uI n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y , I n s t i t u t e o f M i n i n gE n g i n e e r i n g , G u i y a n g 5 5 0 0 0 3 , C h i n a ) A b s t r a c t T h eo r i g i n a l s u p p o r t i n gm e t h o do f a u x i l i a r ya d i t i nN u o d o n gC o a l M i n ea d o p t s U s h a p e ds t e e l s u p p o r t i n gm e t h o d . H o w e v e r , d u e t o c o m p l e x g e o l o g i c a l c o n d i t i o n s a n dl o ws u r r o u n d i n g r o c ks t r e n g t hi nl o c a l a r e a s , t h e e x p e c t e ds u p p o r t i n g e f f e c t i s n o t a c h i e v e d . T h e s u p p o r t i s d i s t o r t e da n dd e f o r m e d , a n dt h es u r r o u n d i n gr o c ko f t h er o a d w a yi s b r o k e na n dd e f o r m e d . s e r i o u s . A i m i n ga t t h es u p p o r t i n g p r o b l e m s i na u x i l i a r y a d i t o f N u o d o n g C o a l M i n e , a b o r e h o l e p e e p i n g i n s t r u m e n t w a s u s e dt o d r i l l t h r o u g ht h e s e v e r e l y d e f o r m e ds e c t i o n o f t h ea u x i l i a r y a d i t t o d e t e r m i n e t h e r a n g e o f s u r r o u n d i n g r o c kl o o s e z o n e . A c c o r d i n g t o t h e b o r e h o l e p e e p i n g r e s u l t s a n dt h e e n g i n e e r i n g a n a l o g ym e t h o d , t h er e p a i r i n g s u p p o r t i n g s c h e m e f o r t h e s e v e r e l y d e f o r m e ds e c t i o no f t h e a u x i l i a r y t u n n e l w a s d e t e r m i n e da s a n c h o r s u p p o r t i n g+m e t a l m e s h+U s h a p e ds t e e l c o m b i n e ds u p p o r t i n g+s h o t c r e t e s u p p o r t i n g . T h e r e s u l t s o f r o a d w a y m i n e p r e s s u r e m o n i t o r i n g i n d i c a t e dt h a t t h es u r r o u n d i n gr o c ko f t h er o a d w a yi se f f e c t i v e l yc o n t r o l l e da n dt h er o a d w a ys e c t i o nc a nm e e t t h ea c t u a l p r o d u c t i o n n e e d s . K e y w o r d s a u x i l i a r ya d i t ; r e w o r ks e c t i o n ; d i s t o r t i o n ; U s h a p e ds t e e l s u p p o r t i n g ; s u r r o u n d i n gr o c kc o n t r o l 0 引言 很多情况下平硐都属于穿层巷道, 而穿层巷道 一直是巷道支护的难点。由于巷道穿层过程中围岩 岩性变化较大, 围岩不稳定, 给巷道支护带来极大困 难, 如果措施采取不到位, 极易发生片帮、 冒顶等灾 害事故, 影响矿井安全生产。关于穿层段巷道支护 技术的研究取得的成果很多。例如张启禄 [ 1 ]开展 了穿层巷道锚网喷联合支护的应用研究; 孙善光 等[ 2 ]开展了深井软岩穿层巷道支护技术探索; 王炯 等[ 3 ]开展了深部穿层巷道非对称变形机理及控制 对策研究; 王寅等[ 4 ]开展了深井穿层巷道支护数值 模拟分析; 谷守生等[ 5 ]开展了深井软岩穿层巷道支 护与施工技术; 高辉[ 6 ]开展了钢棚 +注浆支护在煤 832 2 0 2 0年第 8期孙 谦, 等 糯东煤矿副平硐返修段围岩控制技术 第 4 2卷 巷过断层破碎带中应用研究; 高青宏[ 7 ]开展了煤矿 穿层巷道施工及支护效果分析; 魏国帅[ 8 ]开展了穿 层巷道分段支护技术研究; 张国强等[ 9 ]开展了锚、 网、 索、 U型钢棚、 喷浆支护技术在斜井穿层巷道中 的应用研究; 石高远[ 1 0 ]研究了锚网喷支护在穿层巷 道中的应用; 刘波[ 1 1 ]开展了复杂条件下掘进巷道穿 层期间支护工艺实践研究; 吴海滨[ 1 2 ]开展了复杂条 件下软岩煤层大断面巷道穿层施工支护工艺研究; 李刚等[ 1 3 ]开展了 U型钢棚 +喷浆联合支护在岩石 揭煤穿层巷道中的应用研究; 申少波[ 1 4 ]开展了大断 面复杂条件穿层巷道围岩支护技术研究。但是由于 地质条件的复杂性和差异性, 针对糯东煤矿副平硐 的地质条件, 有必要开展相关研究, 并提出新的围岩 控制技术。 1 工程概况 糯东煤矿副平硐围岩以软弱砂岩为主, 原支护 方案采用 U型钢支护, 巷道不能满足实际生产需 求, 变形量超过 10 0 0m m , 两帮及顶板破碎围岩掉 落, 如图 1所示。 图 1 副平硐围岩变形实照 F i g 1 A c t u a l p h o t oo f s u r r o u n d i n g r o c kd e f o r ma t i o no f s u b f l a t t u n n e l 2 围岩松动圈测定结果 为了确定合理的副平硐严重变形段返修支护方 案, 采用 Z K X G 3 0型钻孔成像仪窥视副平硐围岩内 部结构特征, 研究副平硐严重变形区围岩松动圈范 围, 为支护设计提供依据[ 1 6 ]。窥视得出 ( 1 ) 顶板钻孔 0~ 2 . 5 4m处围岩第一破裂化区 域; 3 . 0~ 6 . 5m为岩层较稳定区, 局部仍出现离层 或破裂现象; 6 . 5 0~ 7 . 1 5m为围岩第二破裂区区 域, 但破裂化现象小于一次破裂化的破碎区; 7 . 1 5m 以上为稳定岩层, 层厚增加。 ( 2 ) 帮部钻孔 0~ 2 . 4 9m为围岩第一破裂化区 域( 破碎区) , 但破碎程度依次减小; 3 . 0~ 4 . 0m为 岩层稳定区, 局部仍出现离层或破裂现象, 但围岩整 体稳定; 4 . 3 8~ 4 . 6 0m为围岩第二破裂区区域, 但 破裂化现象小于一次破裂化的破碎区; 4 . 6 0m以上 为稳定岩层。 3 支护方案 根据实际地质条件, 结合围岩松动圈测定结果, 确定副平硐严重变形段返修支护方案为锚杆支护 + 金属网 + U型钢联合支护 + 喷射混凝土支护。 ( 1 ) 先对巷道采用锚网索喷支护, 巷修时根据 断面尺寸对巷道进行开挖后先喷射厚 5 0m m的混 凝土, 封闭围岩, 防止围岩风化, 兼作临时支护; 然后 进行锚网索支护, 锚杆采用 2 2m m 28 0 0m m高 强滚丝锚杆, 锚杆间排距 7 0 0m m 7 0 0m m , 使用 1 节 M S C K 2 3 3 5和 2节 M S Z K 2 3 3 5树脂锚固剂, 网片 为钢筋网片, 规格为 6 5m m 、 21 0 0m m10 0 0 m m , 网格为 1 0 0m m 1 0 0m m , 网片搭接长度为 1 0 0 m m , 搭接处每2 0 0m m采用1 4号铁丝交叉相连捆扎 2~ 3圈。考虑钻孔窥视结果认为, 顶板 7 1 5m以 上为稳定岩层, 因此拱部锚索设计为 1 7 8m m 82 0 0m m , 锚索间排距为 14 0 0m m 14 0 0m m ; 考 虑帮部钻孔窥视结果认为, 帮部 4 6m以上为稳定 岩层, 因此帮部锚索设计为 1 7 8m m 55 0 0m m , 锚索配合锚索托梁支护, 锚索托梁使用 1 4号钢加 工, 长度为 18 0 0m m , 锚索孔眼间距为14 0 0m m , 配 合使用 1 0m m 、 1 0 0m m 1 0 0m m锚索垫片涨紧, 每根长锚索使用 2节 M S C K 2 3 3 5和 3节 M S Z K 2 3 3 5 树脂锚固剂, 每根短锚索使用 2节 M S C K 2 3 3 5和 2 节 M S Z K 2 3 3 5树脂锚固剂, 锚索梁布置为交错布置。 ( 2 ) 巷道帮部锚网索喷支护完成后, 对底板按 设计尺寸进行开挖架棚柱窝, 架设 3 6 U型棚, 棚子 搭接为 5 0 0m m , 搭接处使用 3副卡缆进行连接, 架 棚间距 6 0 0m m , 棚间使用拉杆进行连接, 每棚使用 5根拉杆连接, 拉杆使用 2 0m m全螺纹锚杆加工, 长度为 8 0 0m m , 拉杆安装时要求外露长度不超过 1 0 0m m , 架棚严格按照质量标准化要求进行施工, 架棚与顶板及帮部空隙大于 2 0 0m m时, 需使用网 片背部填充矸石进行背棚, 矸石可选用喷浆回弹料 及巷修浆皮, 严禁使用泥岩进行填充, 网片规格 6 5m m 、 21 0 0m m 10 0 0m m 。 ( 3 ) 待锚杆支护 + 金属网 + U型钢联合支护完 成后, 进行喷射混凝土作业, 喷层厚度为 1 0 0m m 。 932 2 0 2 0年第 8期 能 源 与 环 保第 4 2卷 4 支护效果分析 为了验证副平硐严重变形段返修支护方案的合 理性, 在副平硐严重变形段中部设置巷道表面围岩 观测站和深部位移观测站, 测站紧跟永久支护后布 置[ 1 5 2 0 ]。 4 . 1 观测方案 ( 1 ) 巷道表面位移。采用十字布点法, 在巷道 顶板、 左帮、 右帮和底板中部打 3 5c m深、 直径为 2 8 m m的钻孔, 在工厂加工4 0m m长、 直径为2 2m m的 短锚杆, 与钻孔直径匹配, 然后用锚固剂将短锚杆锚 固在巷道顶板、 左帮、 右帮和底板中部的钻孔内; 按 照测站布置后 2周内每天观测 1次、 2周后 1个月 内每周观测 2次、 之后每周观测 1次的观测周期进 行巷道表面位移矿压观测。采用卷尺测量数据, 并 做好记录。 ( 2 ) 巷道深部位移。采用深基点位移计测定副 平硐严重变形段围岩深部位移变化, 在巷道顶板、 左 帮和右帮各设置一个深部位移观测站, 测点为 1 、 2 、 3 、 4 、 5 、 6m处, 观测周期与巷道表面位移观测方案 相同, 同步观测。 4 . 2 观测结果分析 自测站布置后开始进行矿压观测, 现对 2个月 的观测数据进行分析。 ( 1 ) 巷道表面位移。自测站布置后 8d 内, 巷道 表面位移急剧增加, 9~ 1 6d内缓慢增加, 之后逐渐 处于稳定状态, 变形速率降至 0 . 1m m/ d以下, 巷道 处于稳定状态。2个月内, 顶底板累计移近量为 9 3 m m , 顶板累计下沉量为 3 1m m , 底鼓量为 6 2m m ; 两 帮累计移近量为 7 8m m ( 图 2 ) 。 图 2 副平硐表面位移变化曲线 F i g 2 S u r f a c ed i s p l a c e me n t c h a n g e c u r v eo f a u x i l i a r yf l a t t u n n e l ( 2 ) 巷道深部位移。巷道深部位移变化规律与 巷道表面位移变化规律相似。顶板1 、 2m处的累计 位移量为 1m m ; 3 、 4 、 5 、 6m处的累计位移量为 3 1 m m , 说明距顶板孔口 2m内的围岩发生了整体位 移, 顶板 2~ 3m处发生了离层, 与顶板钻孔窥视结 果保持一致。帮部 1 、 2 、 3 、 4m处的累计位移量为 1 m m , 5 、 6m处的累计位移量为 3 6m m , 说明帮部距 孔口 4m内的围岩发生整体位移, 4~ 5m内的围岩 发生膨胀变形, 与帮部钻孔窥视的 4 . 3 8~ 4 . 6 0m围 岩第二破裂区保持一致( 图 3 ) 。 图 3 副平硐顶板、 帮部位移变化曲线 F i g 3 D i s p l a c e me n t c u r v eo f t o pp l a t ea n ds i d e o f a u x i l i a r yf l a t t u n n e l 5 结论 根据实际地质条件, 结合围岩松动圈测定结果, 确定副平硐严重变形段返修支护方案为锚杆支护 + 金属网 + U型钢联合支护 + 喷射混凝土支护。矿压 监测得出, 巷道表面位移 2个月内的顶底板累计移 近量为 9 3m m , 顶板累计下沉量为 3 1m m , 底鼓量为 6 2m m ; 两帮累计移近量为 7 8m m ; 距顶板孔口 2m 内的围岩发生整体位移, 2~ 3m发生了离层, 与顶 板钻孔窥视结果保持一致。帮部距孔口4m内的围 岩发生整体位移, 4~ 5m内的围岩发生膨胀变形, 与帮部钻孔窥视的 4 . 3 8~ 4 . 6 0m围岩第二破裂区 保持一致。 参考文献( R e f e r e n c e s ) [ 1 ] 张启禄. 穿层巷道锚网喷联合支护的应用研究[ J ] . 科技资讯, 2 0 1 2 ( 3 5 ) 8 9 . 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