深部开采矿井大断面巷道支护技术实践

刘福轮 徐天才 孟庆保

1 工程概况

口孜东矿主井井底装载胶带机巷连接主井井底南、北煤仓下口及主井,作为煤仓下口装煤及运煤通道,服务年限 60年,巷道断面超过40m2,巷道底板标高-890m,该矿地面标高+25m。

2 地质条件

该段巷道主要在 18-1,18-2煤层中掘进,整体岩层岩性局部较松软。在掘进过程中将依次揭露:砂质泥岩层,岩层厚度14.5m;铝质泥岩层,岩层厚度1.7m;18-1煤层,煤层厚度0.5m;细砂岩层,岩层厚度3.0m;砂质泥岩层,岩层厚度1.5m;18-2煤层,煤层厚度0.5m;砂质泥岩层,岩层厚度1.1m。该段巷道岩层局部较松软,岩层裂隙发育,岩层剖面倾角南倾约5°,剖面倾角东倾约 3°。

3 支护设计

3.1 永久支护形式

巷道施工时,首先采取锚网索喷一次支护,永久支护锚杆距迎头距离不得超过 2.2m;后期进行浇筑混凝土二次支护。

3.2 巷道断面形状

巷道及硐室断面均为直墙半圆拱形。巷道支护断面图见图 1。

3.3 断面尺寸

掘面积:47.4m2,掘宽:8 540 mm,掘高:6 470mm;净面积: 46.2m2,净宽:8 400mm,净高:6 400mm。

3.4 锚网索喷支护参数

1)锚杆间排距为0.7m×0.7m。锚索间排距为1.5m×1.4m,每排布置 7根。2)锚网采用锚杆压槎;锚网搭接不小于 100mm,用12号铁丝联网,联网点间距不大于 300mm。3)安装锚杆时,每孔使用3卷Z2350型锚固剂,锚固剂搅拌时间为 20 s～30 s。安装锚索时,每孔使用 3卷Z2850型锚固剂,锚固剂搅拌时间为30 s～ 45 s。4)喷浆厚度为70mm,混凝土标号为C20。初喷厚度不小于50mm,并及时进行复喷。

3.5 锚网索支护材料

1)锚杆采用φ22左旋无纵筋专用Ⅱ级高强螺纹钢加工,长度为2.5m。2)锚杆托板采用厚10mm钢板加工成窝型托板,规格为长×宽×厚=120mm×120mm×10mm。3)锚网采用φ6钢筋焊制,规格为长×宽=1 600mm×900mm,网孔规格为100mm× 100mm。4)锚索采用φ21.8钢绞线,长6.3m。锚索托板采用厚14mm钢板加工,采用大小两块托板叠加,大托板规格为长 ×宽×厚=300mm×300 mm×14 mm,小托板规格为长×宽×厚= 150mm×150mm×14mm。5)钢带:采用Φ12圆钢焊制H型钢带,规格为3.0m,2.4m和1.6 m三种。6)锚固剂:Z2350型或Z2850型锚固剂。

3.6 喷浆支护材料

水泥为P.O 32.5水泥,黄砂为中砂,细度模数2.5,瓜子片粒径5mm～10mm,配合比(重量比)为水∶水泥∶黄砂∶瓜子片= 0.45∶1∶2.13∶2.13,速凝剂掺入量为水泥重量的 4%。

4 临时支护

4.1 临时支护形式

正常情况下采用戴帽点柱做临时支护,当围岩破碎、过地质构造带或顶板为砂质泥岩或煤层等松软岩层时采用超前螺纹钢、护顶锚杆作临时支护。

4.2 临时支护材料及支护参数

1)戴帽点柱。点柱选用直径不小于 200mm,长度不小于 2.5m的圆木,柱帽采用规格:长×宽×高=1 800mm×150mm×150mm。正常情况下最大控顶距不超过 2.3m,如顶板岩石稳定性较差时,采用逐排施工,最大控顶距不超过 1.0m。

2)超前钢筋和护顶锚杆。超前钢筋采用直径 28 mm、长度3.0m的螺纹钢。护顶锚杆同支护锚杆。正常情况下最大控顶距不超过 2.3m,如顶板岩石稳定性较差或者顶部为煤时,采用逐排施工,最大控顶距不超过1.0m。

3)超前钢筋和护顶锚杆支护工艺。超前钢筋是在一个循环结束后,进行下一循环时从巷道顶部打入起到超前控顶的作用。即在打眼爆破前,沿巷道拱部轮廓线外 50mm～100mm位置以间距300mm～500mm(顶板破碎严重时缩小间距)之间施工一圈超前支护螺纹钢,岩性不稳定时可视现场情况缩小施工超前支护间距。按照眼位用风锤沿巷道坡度打眼,眼深2.5m～2.7m,然后把螺纹钢插入眼内,并用支护锚杆、锚网、钢带压接牢固。保证螺纹钢外露不小于300mm,爆破后螺纹钢在岩体内预埋300mm以上。

护顶锚杆是在爆破后,敲帮问顶,找净迎头危岩浮矸,人员站在有支护的顶板下向迎头没支护的顶板打 5根护顶锚杆并挂网进行临时支护。护顶锚杆间距在 700mm～1 000 mm之间,每根锚杆使用 2卷锚固剂,并挂网作临时支护。护顶锚杆与岩面夹角不得小于 75°,每根锚杆抗拔力不得小于 80 kN。

5 技术质量要求

1)锚索施工可以与迎头施工同时进行,岩石较硬,岩石层较为完整时,锚索距离迎头为 6m～8m。岩性差,顶板岩石破碎或锚杆生根在炭质泥岩等软岩中时,锚索必须紧跟迎头。2)锚索施工时,必须保证锚索生根在稳定岩石段不少于2m,否则必须加长锚索长度。3)锚杆外露长度:露出螺母10mm～50mm;锚索露出锁具长度为300mm,允许偏差0mm～-100mm。4)锚杆螺母扭矩力不小于 140 N◦m,锚杆抗拔力不小于 80 kN/根,锚索预应力不小于 160 kN/根。5)喷射均匀,喷浆后喷浆表面无裂缝、蜂窝、孔洞、露筋、穿裙、赤脚现象,基本饱满密实,无明显凸凹现象。喷浆表面平整度不大于50mm(1m2范围内)。

巷道施工后的矿压观测结果表明巷道离层值在允许范围之内,说明该支护方式适应深井大断面巷道的支护需要,满足安全生产要求。

[1] 李 群.深井软岩巷道锚注支护机理分析及其工程应用[J].山西建筑,2009,35(16):117-118.