深部巷道大断面施工

李保恩 王兆其 包良成 李殿宝

摘要:文中主页阐述了深部(360m左右) 大断面巷道应用一次支护为锚网喷支护,二次支护为锚网带喷+锚索联合支护的设计、施工工艺、质量保证措施等,事实证明该支护方式的选择是正确的。

关键词:深部巷道大断面施工

引言

我国煤炭储量大部分埋藏在深部,埋深大于600m和1000m 的储量分别占到73.19 % 和53.17 %。而随着开采深度的加大,巷道周边围岩应力呈近似线性关系的增长,巷道围岩变形少则几百毫米,多达1.0~2.0 m。巷道在服务期间需要进行不断的维护与返修,特别是它们的两类或三类的复合型,问题更为突出。严重时,在巷道掘进或使用期间将会在巷道中引发煤与瓦斯突出,甚至岩爆等动力灾害,严重威胁矿井的安全生产。在深部巷道中使用高强度锚杆支护技术,高强度全长锚杆通过径向和切向锚固力的作用,对围岩施加围压,将围岩由单向、双向受力状态转化为双向、三向受力状态,提高围岩的稳定性。锚杆贯穿围岩中的弱面,切向锚固力改善了围岩的力学性质,进而有效地控制巷道变形。

1、深部巷道支护的要求

(1)巷道采用支护方式的选择依据,都建立在围岩的所受应力大小和支护后的变形量。选择合理的支护方式,必须考虑利用远端岩石的相对稳定性,控制失稳的岩石。

(2)适当控制围岩变形,允许巷道的收缩空间,但不能让巷道变形量过大,造成巷道断面压缩,不能满足使用要求。

(3)为了减小对围岩的震动和破坏,维持岩体相对稳定,如用炮掘,必须实行光面爆破。

2、深部巷道支护实例分析

2.1工程基本情况概述

山东新查庄矿业公司-550泵房施工,设计采用直墙半圆拱断面,巷道断面24.4m2;净宽×净高=4.6m×5.8m.

巷道范围地质情况:-550泵房埋深在630m左右,巷道层位在六层煤和7层煤之间的岩石中,巷道顶板为约5.0m厚的粉细砂岩互层,再上部为约3.5m厚的粗粉砂岩。

2.2支护方式确定

由于该巷断面大,服务年限长,正确选择它的支护方式,就保证了它将来的安全使用,根据巷道支护的分析和施工现场的实际情况,巷道设计采用二次支护的方式,一次支护为锚网喷支护,二次支护为锚网带喷+锚索联合支护。

2.3巷道支护参数的设计

一次支护:锚杆用L×Φ=2200×18mm的等强螺纹钢锚杆,间距×排拒=800×800mm,用K2535树脂锚固剂,网片用Φ=6.5mm的钢筋网,网格为100×100mm, 喷射混凝土厚度为150mm;

二次支护:锚杆用L×Φ=2200×18mm的等强螺纹钢锚杆,间距×排拒=800×800mm,与一次支护的锚杆交错布置,用K2535树脂锚固剂,网片用Φ=6.5mm的钢筋网,网格为100×100mm,钢筋网外加压M型钢带,并打设锚索,锚索材料采用高强度低松弛钢绞线:L×Φ=6000×15.24mm,极限破断力260 kN。每排打设5根,间距×排拒=1500×3000mm,锚固力大于260kN;锚固长度1.8～2.0 m;采用树脂锚固剂,每孔安装1根K2330型快速锚固剂,3根Z2355型中速锚固剂;按照锚索设计要求,锚索预紧力应不小于屈服载荷的60%,故锚索预紧力设计为100～120kN;喷射混凝土厚度为150mm。

3、工艺流程

一次支护采用一掘一锚喷,掘进采用光面爆破,即全断面一次爆破,采用“三八”作业制,每一小班一个作业循环,循环进度1.4m。

第一次支护好后,立即在巷道布置监测点,对巷道的变形情况进行观测,让巷道所受的压力释放,减轻二次支护所受承载力。监测的目的是确定二次支护的时间。等到压力释放后,进行二次支护。

3.1锚杆施工

钻孔

(1)钻孔前,根据设计要求和岩层条件,定出孔位,做出标记。

(2) 作业面场地要平坦、坚实、场地宽度大于4m。

(3) 钻机就位后,应保持平稳,导杆或立轴与钻杆倾角一致,并在同一轴线上。

(4) 钻进用的钻具,可采用地质部门使用的普通岩芯钻探的钻头和管材系列。钻孔设备可根据巷道的地质条件选择专门锚杆钻机或地质钻机。

(5) 在钻进过程中,应精心操作,精神集中,合理掌握钻进参数,合理掌握钻进速度,防止埋钻、卡钻等各种孔内事故。一旦发生孔内事故,应争取一切时间尽快处理,并备齐必要的事故处理工具。

锚杆杆体的组装与安放

(1) 按设计要求制作锚杆,为使锚杆处于钻孔中心,在锚杆杆件上安设定中架或隔离架。

(3) 安放锚杆杆体时,应防止杆体扭曲、压弯;杆体放入角度与钻孔倾角保持一致,安好后使杆体始终处于钻孔中心。

(4) 若发现孔壁坍塌,应重新透孔、清孔,直至能顺利送入锚杆为止,并用K2535树脂锚固剂锚固。

张拉与锁定

(1) 按设计和工艺要求安装好钢带和托盘,并保证各段平直,钢带与挡墙之间的空隙要紧贴密实。

(2) 锚杆张拉前至少先施加一级荷载(即1/10的锚拉力),使各部紧固伏贴和杆体完全平直,保证张拉数据准确。

3.2锚索施工工艺

锚索钻孔采用组合钻杆配Φ27 mm 双翼钻头,用MQT - 100型风动单体锚杆钻机湿式打眼,钻至设计孔深。安装树脂药卷时先装入1 支K2330 型快速树脂药卷,再装入3根Z2355型中速树脂药卷,然后用锚索将树脂药卷推至孔底。锚索下端接专用搅拌器与MQT -110型钻机相连,开机搅拌,先慢后快,待锚索插入孔底后,快速旋转搅拌30～45 s。停止搅拌后,等待1～2 min,移开锚杆机,卸下搅拌器,但不得出现索体下滑现象。锚索搅拌结束30min后,用张拉千斤顶张拉锚索,初次预紧力不大于5kN;全部锚索安装完毕后,再将锚索预紧力张拉到不少于100 kN。

另外,根据设计要求进行钢筋网的铺设和喷射混凝土的施工。

3.3质量保证措施

①为了减少对围岩的破坏,使得锚网喷支护发挥最佳效果,必须采用光面爆破。②必须一掘一锚喷,支护紧跟迎头。③必须设好巷道监测点,观察煤层巷道所受压力释放情况。

3.4注意事项

要提高巷道成形质量,首先最大限度地减轻爆破时围岩的松动破坏,减轻支护工作难度。作业规程中要求周边眼距250 mm ,要求缩短围岩暴露时时间,爆破后用人工刷大断面,掌握好光面控制爆破既能控制好巷道周边轮廓,又能控制围岩松动范围,从而煤层或者表面岩石充分发挥围岩自身自承能力,改善支杆受力状态,提高支护效果。

(2) 由于受围岩稳定的限制和采用中深孔爆破煤层循环进度过大,极易产生片帮、抽冒顶现象,难以实煤层施联合支护,而且钢筋网规格要满足整个循环作业,煤层及时锚喷支护工作面,循环进度定为1.4 m。

4、总结

采用二次支护后,巷道抗压能力明显加强;同采用其他支护方式相对比,不需要后期维修,减少了维修量;巷道支护稳定,顶板没有开裂的现象,提高了安全性确保巷道的服务年限。现在该巷道已经施工过了两年多,没有出现断面明显的缩小和变形。

参考文献

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