深部破碎围岩巷道施工与支护优化技术.pdf

深部破碎围岩巷道施工与支护优化技术 张 陆彪 柳 军雷 姚勇 安徽 恒源煤 电股份 有限公 司刘桥 一矿 2 3 5 1 5 9 【 摘要】 阐述了安徽恒源煤电股份有限公司刘桥一矿在北翼二水平里 段乘人车场施工过程中实施深部破碎 围岩巷道施工与支护优化技术， 优化 支护方 式 ， 改进 施 工工 艺 ， 达到 增强 支护 强度 、 提 高工程质 量 、 确 保 安 全 高效生 产的 g l 的 。 【 关 键词】 深部 开采 ； 破碎 围岩巷 道 ； 短掘短 支； 超前 支护 ； 光 面爆 破 由于多年的开采， 我国浅部易开采的煤炭资源 日益减少， 据统 计， 我国立井开采深度正以每年 8 ～ 1 2 m的速度增加， 预计在未来 2 0 年内我国多数煤矿将进入到 1 0 0 0 1 5 0 0 m的深度。深井开采的 突出问题是地压大、 围岩破碎、 巷道大变形失稳等， 深部破碎围岩 巷道大变 形失稳难 以遏制 的关键是 目前 对其机理 缺乏深入研究 ， 尚无成熟 的分 析和 预测 方法 ， 现有技术 不能有效 控制巷道变 形与 破 坏 ， 难 以达 到一 次支 护 不再 修护 的要 求 ， 导 致其 多 次维 修与 翻 修 ， 影响矿井正常 的安全生 产。 安徽恒源煤电股份有 限公司刘桥一矿是一个开采 3 O多年的老 矿井， 随着矿井开采深度的不断增加， 地质条件越来越复杂， 传统的 支护方法 已越来越不能满足需要 ， 矿井开采深度现 已达到 7 0 0米 以 上， 随着生产的发展， 今后该矿将继续向下延深， 深部巷道的施工与 支护问题是影 响该矿安全生产 与可持续发展 的一大难题 。刘 桥一 矿在对 以往施工深部破碎围岩巷道认真调研分 析的基础上 ， 吸收其 他矿区先进理念和经验做法 ， 提出了深部破碎 围岩巷 道施 工与支护 优化技术， 优化支护方式， 改进施工工艺， 在北翼二水平里段乘人车 场进行工程实验， 取得 了较好 成效， 达 到 了一 次支护 不再修 护 的 目 的， 大大减少了后期巷道维修量， 提高了安全生产效率。 一 、工程概况 北翼二水平 里段乘 人 车场 是刘 桥一 矿重 要 的通风 与行 人通 道， 服务年限长， 对巷道变形与破坏要求严格。北翼二水平里段乘 人车场设计 断面 净宽 5 0 0 0 mm、 净 高 3 6 0 0 ra m， 直墙半 圆拱 形岩石 巷道。采用锚网喷索U 2 9 型棚支护， 巷道全长约 l 1 5 m。 北翼里二水平里段乘人车场为平巷穿四煤底板施工， 预计穿 层厚度为 l O m， 岩性依次为 2 ． 4 m泥岩， 2 ． O m细砂岩， 4 ． 6 m含铝泥 岩， 1 ． O m粉砂岩。当施工至 L C3 点前 1 5 m时遇正断层 ， 继续施 工 1 9 m穿过铝质泥岩层位。该断层破碎带含大量铝质泥岩， 遇水 潮湿 、 破 碎 ， 造成巷道 围岩破碎 、 淋水 ， 开挖 后 自稳 能力 差 ， 容易掉 顶 、 冒落 ， 严重威胁安 全生 产。 二 、 施工与支护优化技术方案 因北翼二水平里段乘人车场是刘桥一矿重要的通风与行人通 道， 服务年限长， 对巷道使用断面要求很高， 而且在掘进过程中巷 道 自稳能力差 ， 容易掉顶、 冒落， 严重威胁正常掘进施工 ， 从确保巷 道安全施工与保障巷道长期支护效果出发， 提出施工工艺与支护 方式优 化技 术方案 ， 具体如下 一 施 工 工 艺 优 化 技 术 核 心 1 、 优 化 施 工 方 法 在原有锚网喷索支护的基础上打超前支护锚杆 ， 短 掘短支 ， 循 环进度不得超过 1 ． 2 m。施工 2 0 m后再集 中架 U 2 9型棚 补强支护 ， 最终形成锚 网喷索与 U 2 9型棚相 结合 的复合支护 。 2 、 改进施工顺序 打超前支护锚杆护顶一放炮后 敲帮问顶一 采用 戴帽点柱临时 支护一初喷一打锚杆、 挂网、 钢带 锚索 一喷浆一出货一清理一集 中架 U 2 9型棚 。 架 U 2 9 型棚工序 敲帮问顶一 移超 前探梁一 架拱 梁一过 顶一 挖腿窝一栽两帮棚腿一安装固定卡一腰帮。 二 技 术要 求及质 量标准 1 、 巷道断面 锚 网喷索 断 面 预 留架 U型 棚 断面， 两帮 及 顶 各扩 大 2 0 0 m m 净宽 净高一5 4 0 0 3 8 0 0 mm。 2 、 架 u型棚断 面 净宽 净高 5 0 0 0 X3 6 0 0 ra m。棚 间距 6 0 0 m m。 3 、 短掘短支 采用光面爆破 ， 多打眼 、 少装 药 ， 循 环进 度 1 ． 2 m。放炮后 及时 支护。 三 支护 方式优化技 术核 心 1 、 实行超 前支护 超前支护范 围 在巷道拱部 打超前 支护锚 杆护顶 。超前 支护 锚杆间距 6 0 0 mm， 沿巷道轮廓线仰角 1 0 o ～1 5 o外扎， 端头外露 2 0 0 m m。超前锚杆端 头与顶 部锚 杆用铁 丝扎 接 ， 并 压在 钢带 和锚 杆托盘上 。循环进度 1 ．2 m， 保 证超 前支护有效 。 2 、 水 久 支 护 短掘短支施工时采用锚 网喷索联合支护。锚杆间、 排距由 8 0 0 8 0 0 m m缩小为 7 0 0 7 0 0 mm， 全断面挂 网， 喷厚 7 0 m m。锚索 布置由2 排增加 5 排， 即沿巷中布置 l 排锚索， 两边各 2 排。锚索 间排距 一 1 8 0 0 2 0 0 0 ra m。每施 工 2 0 m就集 中架 U 2 9型棚补 强 支 护。 3 、 临时支 护 永久支护为锚网喷索支护时采用戴帽点柱作为临时支护。架 U 2 9 型棚补强支护时采用超前探梁作为临时支护。 四 质量标准 实行光面爆破， 超挖量不大于 l O O mm， 不欠挖， 炮眼利用率不 低 于 9 0 ％ 。周边 眼眼痕率 破 碎带要 达 到成 型规 整 ， 眼痕 长度不 少于炮 眼长度的 6 0 ％ 。围岩不 受破坏 ， 无 明显炮震 裂痕 。为确保 光面爆破成型效果， 将周边眼眼距由 3 5 0 ram缩小到 3 0 0 ra m， 严格 控制巷道上部眼的装药量， 特别是巷道上部周边眼每眼装药量不 得超过 3 2 0 g 1 卷 ， 采用隔眼装药的方法， 并尽量多用风镐挑顶、 刷 帮。 五 巷道表面位移观测分析 为了检测巷道支护效果 ， 在北翼二水平里段乘人车场设巷道 表面位移测站， 巷道表面位移值包括顶板下沉量和两帮移近量， 采 用十字测点布置法。观测方法采用钢卷尺和测杆直接量测， 每 7 天观测一次 ， 对 观测数 据的整理 分析 如表 所示 下转第 1 0 6 页 允许偏差 彻n 次 项目 建筑混凝 普通混凝土 检查方法 土标准 标 准 2 m靠 尺 、 4 表面平整度 3 8 塞 尺 5 角 、 线顺 直 4 线垂 预 留洞 口中 6 5 l 5 拉线 、尺量 心线位移 阳台、 雨罩 7 3 尺量 位置 拉 5 m线 ， 分格条 缝 不足 5 米拉 8 4 直线度 通线 ， 用钢 尺检查 9 接缝错 台 2 尺量 3 、 耐 久 性 标 准 建筑混凝土耐久性 混凝土结构在自然环境、 使用环境及材料 内部因素的作用下， 在设计要求的目标使用期内， 不需要花费大量 的资金加固、 修复而保持其安全、 使用功能和表观质量要求的能 力。建筑混凝土的耐久性受到结构所处的自然环境、 使用环境、 结 构设计 、 新拌混凝 土的性能 、 混凝土 的浇筑工 艺、 养护 和面层 防护 等诸多因素的影响。依据建筑混凝土耐久性的特殊性， 归纳有以 下几方面 ①抗渗性能 是指在设计使用期内， 建筑混凝土能够抵抗侵蚀 性介质的腐蚀而不致使建筑混凝土的结构性能和表观质量劣化， 影响混凝 土装 饰性 。 ②抗碳化性 在 目标使用期 内， 建筑 混凝土结构 不因碳化 导致 钢筋锈蚀 、 混凝土开裂， 影响建筑混凝土的安全、 使用及表观质量。 ③抗化学腐蚀性 在设计使用期内， 由 S 04 2 、 C 1 一 、 M【 g 2 扩等 离子导致的化学腐蚀程度， 尚不至于影响混凝土的耐久性能要求。 ④抗冻融性能 建筑混凝土能承受循环冻融破坏， 在规定寿命 期 限内， 不能产生冻 胀破 坏。 本文提 出的混凝土耐久 性质量标 准还局 限于定性 描述 ， 提 出 精确 、 量化的耐久性标准 ， 需要对混凝土耐久性作进一步 的研究 。 【 参考 文献】 E l i 何正华． 清水混凝土施工技术的探讨和应用[ J - I ． 重庆建筑， 2 0 0 9 0 2 [ 2 3 章湖德． 高层结构混凝土施工技术要点剖析E J ] ． 福建建材， 2 0 o 8 o 4 上接 第 9 3 页 表 1 巷道表面移进特征表 测 站编号 位置 稳定时 间， d 最大移进量／ mm 苍 堪 网 帮 2 8 5 0 I 巷道顶底 2 8 9 5 分析巷道表面移近特征图、 表可得 1 巷道施工与支护实施 优化后一段时 间内， 还 有一 定量 的变 型 ， 巷道 表 面有一 定 的移近 量， 随后变形趋于稳定。 2 巷道两帮移进量 2 8 天后基本趋于稳 定 ， 最 大移进量 6 5 ram； 巷道顶底移进量 2 8天后基 本趋于稳 定 ， 最 大移进量 l O O mm。 3 巷道施 工与支护实施优化 以后 ， 顶底移 进量 大于两帮移进量， 顶底与两帮变形稳定期相等。 进一步分析可知 该巷道施工与支护实施优化后围岩变形很 小且在较短时间内趋于稳定， 说明该技术对围岩的控制效果 良好。 由于在设计时预留部分变形空间， 巷道在服务期内基本不需要再 次修护， 即使受采动影响巷道变形空间加剧 ， 但是总体上能满足运 输 、 通风 、 行人的要求 。 三 、 效 果分 析 1 优化技术不仅解决了深部破碎围岩巷道施工与支护的难 题， 而且安全穿过了断层破碎带。 2 优化技术能够保证岩面平整， 利于巷道成形， 提高了劳动 效率 ， 为锚 网喷索支 护打下 良好 的基础 。 3 优化技术简化了施工工序， 克服了锚杆、 锚索在迎头无支 护 的条件施工造成 的片帮 、 掉顶伤人事故 ， 提高 了掘进施工过程 中 的安全系数 。 4 优化技术能够将承载结构锚固至深部稳定岩体， 提高了锚 网支护承载结构 的强度 。 5 优化技术利用锚索对承载结构进行结构补偿 ， 提高了支护 承载结构的稳定性 。 6 优化技术有效控制了因深部岩层受矿压影响造成巷道位 移 的问题 。 7 实施优化技术后巷道支护强度大大提高， 巷道工程质量有 保证， 减少了安全隐患。而且只需掘进施工过程中一次支护 ， 后期 巷道使用过程中无需多次修护， 实现了一次支护不再修护的目标， 减少 了支护费用 ， 大幅提 高了掘进效率 ， 节省了不少时间和大量 的 入力物 力 ， 8 实践证明， 施工深部破碎围岩巷道， 特别是遇到断层、 破碎 带等复杂地质条件下， 采用该优化技术， 完全能够满足需要。 四、 结论 通过以上的理论分析和工程实践应用， 可以得出以下结论 实 施 深部破碎 围岩 巷道施 工与支 护优化 技术 可 以有效 解决 传统 锚 喷支护存在 的问题 ， 提高光爆效果 和工程质 量 ， 增 强支 护强度 ， 降 低材料消耗 ， 使煤矿岩石巷道锚喷支护更加科学、 完善 ， 具有广泛 的推广应用前景 。 【 参考 文献】 [ 1 ] 刘高， 聂德新， 韩文峰． 高应力软岩巷i ．tII 1 ．变形破坏研究[ J ] ． 岩石 力 学与工程学报， 2 0 0 0 6 [ 2 3 袁和生． 煤矿巷道锚杆支护技术[ M] ． 煤炭工业出版社， 1 9 9 7 [ 3 ] 陆士良， 汤雷， 杨新安． 锚杆锚 固力与锚固技术[ M] ． 煤炭 3 - 业 出版社， 1 9 9 8 [ 4 ] 陈炎光， 陆士良， 候朝炯等． 中国煤矿巷道 围岩控制E M] ． 中国矿业 大 学 出版社 ， 1 9 9 4