巷道底臌分析、监测及控制技术研究

2010-09-04张建国

中国煤炭 2010年1期

关键词：岩层底板锚杆

张建国

(西山煤电集团公司东曲矿,山西省古交市,030200)

★煤矿安全★

巷道底臌分析、监测及控制技术研究

张建国

(西山煤电集团公司东曲矿,山西省古交市,030200)

为了解决掘进巷道时,巷道压力大、顶板破碎、底板臌起,致使施工不能连续进行的问题,通过分段实验,加强监测监控,使巷道变形量得到有效控制,降低了巷道维修的费用。

巷道底臌支护监测监控

目前,随着支护技术的发展,已经能够将顶板下沉和两帮移近控制在某种程度内,然而对于防止底臌却一直缺乏既经济又有效的办法。强烈的巷道底臌不仅带来了大量的维修工作,增加了维护费用,而且还影响了矿井安全生产。所以,分析巷道底臌原因、完善监测设施及控制底臌量具有十分重要的意义。

1 底臌致因理论

受采掘工程的影响,巷道顶底板和两帮岩体产生变形并向巷道内产生位移,巷道底板向上隆起的现象即称之为底臌。底臌所导致的巷道断面缩小、阻碍运输和行人、妨碍矿井通风,使得许多矿井不得不投入大量的人力和物力去做“挖底”等临时的处理工作,严重的会造成整条巷道的报废,对矿山的生产与安全产生很大的制约。

长期以来,国内外许多专家学者对煤矿巷道底臌机理和控制技术作了大量的研究工作,提出了许多底臌控制技术。研究表明,引起巷道底臌的因素有很多,其中较为突出的几个因素是底板岩层性质、围岩应力、水力作用、岩体强度和地温等。有效控制底臌的方法大致分为两类:一类是预防,即采取措施将底臌量减少到允许的范围内;二是清除底臌,将巷道已发生底臌的部分岩石清除,恢复巷道断面积。

2 底臌治理方法

只有在动压区对巷道底臌进行一定的治理才是根本之策。目前,治理底臌的方法可分为3大类型,即:支护加固法、卸压法及联合支护法。

2.1 支护加固法

支护加固法就是对巷道底板岩层支护或增强其强度,从而提高底板岩层的稳定性,减小底臌量。它包括底板锚杆、底板注浆及封闭式支架、混凝土反拱等形式。这种支护的工作原理主要有3个方面:一是将软弱底板岩层与其下部稳定岩层连接起来,抑制因软弱岩层扩容、膨胀引起的裂隙张开及新裂隙的产生,阻止软弱岩层向上鼓起;二是把几个岩层连接在一起,作为一个组合梁,起承受弯矩的作用。此组合梁的极限抗弯强度比各个单一岩层的抗弯强度的总和大;三是通过加注水泥浆,浆液渗透到岩层裂隙之间,增加了破碎岩石之间的黏结力,在底板中形成一强度比加固以前大的整体结构。

2.2 卸压法

卸压法与支护加固法控制软岩巷道底臌的机理不同,它的实质是采用一些人为的措施改变巷道围岩的应力状态,使底板岩层处于应力降低区,从而保证底板岩层的稳定状态。它特别适用于控制高地应力的巷道底臌。目前出现的卸压法有切缝、打钻孔、爆破及掘巷卸压等形式。

2.3 联合法

如果单独使用支护加固法或卸压法还没有取得满意的效果,则需要采用联合支护法,即把不同的方法结合起来使用。联合支护法通常是两种方法的结合,如底板爆破注浆、切缝与锚杆、封闭式支架与爆破等。

3 工程实例

3.1 巷道地质条件

运煤平巷位于东曲矿六采区,该煤层为上组2#煤。煤层厚度为0.60～1.00 m,平均厚度0.80 m;煤层倾角为1～5°,平均3°,结构简单,属稳定型煤层(见表1)。

表1 煤层顶底板情况表

3.2 巷道断面及支护参数

3.2.1 巷道断面

运输大巷为矩形断面,净宽4.2 m,净高2.5 m,净断面10.5 m2。

3.2.2 支护参数

采用锚网支护形式。工作面顶板采用左旋螺纹钢锚杆、锚索、钢带和金属网联合支护。锚杆呈矩形布置,间排距900 mm×1000 mm,钢带排距1000 mm,锚索排距2000 mm,呈“三花型”布置,两帮采用左旋螺纹钢锚杆加木托盘支护,两帮锚杆距顶500 mm,距底1000mm,间排距1000 mm×1000 mm。支护示意图见图1。

图1 巷道断面及支护形式图

3.3 巷道施工过程中出现的问题

运输大巷设计长度950 m,从开口施工至里程150 m时,巷道出现顶板破碎,底臌严重,前进的右帮底角处开裂,最大变形量达到500 mm,水平位移量达到350 mm,即巷道宽度缩小350 mm,垂直位移量达到500 mm左右,即巷道高度降低500 mm左右,直接制约巷道的正常施工,影响着作业人员的安全。

3.4 变形致因分析

3.4.1 分段实验法

从里程150 m开始将施工的30 m巷道分为3段,每10 m为1段,采取不同的技术手段进行试验分析。其中,第1段在原有支护的基础上,在靠底板右帮煤线以下100 mm处增设1排帮锚杆,帮锚杆规格:ø20×L1800 mm左旋螺纹杆锚杆,与右帮成65～75°角打设。第2段按原巷道支护设计进行施工。第3段在原设计的基础上,在巷道右底角底板上挖300 mm(宽)×300 mm(深)的卸压槽进行能量的释放。

3.4.2 监测监控法

(1)测点的布置。

在上述试验的3段巷道中,在每段的中间设置1测点,分别标记为1、2、3。

(2)观测方法。

①采用十字布点观测法:在每段中间巷道的顶底板中心位置各打设1根锚杆,在左右两帮中部各打设1根锚杆,其深度均为1000 mm。

②每段中间右帮靠底板200 mm处作标记,在靠近右帮的第1根垂直顶锚杆上挂设铅垂线进行观测标记点到铅垂线的水平距离,从而确定水平位移量。

③在每段中间巷道中心位置处打设一顶板离层指示仪作为顶板下沉量度量的又一重要依据。

(3)观测周期。

每个测点从掘进完毕记起,对各测点每天观测1次,每个测点连续观测1周,观测数据见表2,巷道变形随时间变化情况见图2。