光面爆破与锚喷支护在断层破碎带巷道施工中的应用
2011-11-16曲庆峰张志远
曲庆峰,张志远
(1.黑龙江省煤矿设计院, 黑龙江哈尔滨 150001;2.黑龙江龙煤集团双鸭山分公司双阳煤矿,黑龙江双鸭山市 155137)
光面爆破与锚喷支护在断层破碎带巷道施工中的应用
曲庆峰1,张志远2
(1.黑龙江省煤矿设计院, 黑龙江哈尔滨 150001;2.黑龙江龙煤集团双鸭山分公司双阳煤矿,黑龙江双鸭山市 155137)
结合双阳煤矿的生产实际,介绍了光面爆破、锚喷支护在断层破碎带地段巷道施工中的应用,叙述光爆、锚喷支护的施工方法及要求。
光面爆破;锚喷支护;断层;破碎带
双阳煤矿在二段主皮带井改造工程施工中,通过采用光面爆破和锚喷支护先后穿过了数条落差比较大的断层,在所施工的工程中有平巷,也有下山,现在巷道已经投入使用,至今支护状况良好。
1 地质概述
煤层底板岩层依次为页岩,砂岩,砂岩和页岩互层,层节理较为发育,所掘巷道周围多为承压煤柱及采空区,岩性为粉粗砂岩和砂质页岩互层,泥质砂页岩和岩质泥岩,泥岩和泥质黑页岩,断层处岩层遇水常潮解膨胀,爆破后极易片冒,给施工和维护带来很大困难。
2 施工方法
断层破碎带地段井巷的掘进断面一般为8~15 m2,多工序平行作业:二掘一喷、一掘一喷、边掘边喷及浅眼小循环,由于构造变化较大,循环进度控制在0.8~1.0 m;工序为光爆初喷、锚杆超前护顶、永久锚杆、挂金属网,复喷至设计厚度。当施工断面大至15 m2时,采用台阶施工法,上部光爆锚喷,下部锚喷,达到一次成巷。
2.1 光面爆破
光面爆破根据现场实际情况分3种方法施工。根据围岩性质和构造变化,合理的制定光爆图表,如表1所示。
表1 爆破说明
(1)预留光面层。在围岩稳定性较差的岩层中光爆,采用浅打眼,较近的周边眼距,增加空心眼数量,间隔装药,多次起爆的控制爆破方法。
(2)缩小周边眼位。在围岩不稳定的岩层中,如围岩为泥岩,炭质页岩时,采用中心掏槽,缩小周边眼距,确保巷道成型,眼距巷道轮廓线600~800 mm。炮眼布置如图1所示。
图1 炮眼布置
(3)底部掏槽。在断层破碎构造复杂层、节理紊乱的地质条件下,采用底部掏槽爆破,人工造型刷边到设计轮廓线,底部掏槽眼距底板约1 m为宜。断层带中各种岩性的光爆参数如表2所示。
2.2 锚喷支护
针对断层破碎带开挖后围岩压力大、强度低、松动早、来压快、易脱落的问题,研究围岩应力重新分布规律,采取相应的保护措施,选用下述几种支护形式。
(1)锚杆—混凝土联合支护。在围岩不稳定区段,层、节理裂隙虽然发育,但并不松散,尤其光爆后顶帮未立即成块脱落时,立即迎头喷射20~30 mm厚的砂浆封闭,作为临时支护。初喷时速凝剂量为水泥重量的3%~4%,再打永久锚杆挂网,复喷混凝土至设计厚度,锚杆为2.2 m×Φ18 mm预应力锚杆,间排距为600 mm×600 mm,混凝土配合比1∶2∶1.5,喷厚为70~100 mm。
(2)锚杆—钢带—金属网—混凝土联合支护。在围岩易变形脱落时,为了防止围岩的变形和松动,须在围岩松动前尽早支护,紧跟迎头以提供支护抗力,人工造型刷边后立即喷护顶浆10~20 mm厚(砂浆比1∶2),速凝剂用量为4%~5%,再上钢带打永久锚杆挂网。预应力锚杆2.2 m×Φ18 mm,间排距为600 mm×500 mm;钢带规格为长×宽×厚=巷道的宽度×250 mm×3 mm;金属网规格为100×80 mm;混凝土喷厚为100 mm。
(3)锚索和U型钢梁联合支护。锚杆的组合作用形成组合拱,由于拱内的岩体裂隙发育破坏严重,岩体的强度相对降低,致使拱的强度降低,故对于破碎区,大松动圈巷道,单一支护达不到理想效果。锚喷支护能控制围岩不进入有害的松动状态,调节围岩变形至适当位置,当通过断层破碎带约1~2个月时间,观察发现第一次支护后,围岩虽然大部分趋于稳定,但是支护强度不足,局部有小块片落及膨胀鼓裂,裂缝长3~4 m,宽1~2 mm,且伴有泥质暴露。在处理好膨胀鼓裂现象的同时,在断层破碎带处用锚索-U型钢-复喷混凝土联合支护增强抗力,阻止围岩继续变形和位移。其中,锚索长8 m,间排距1.0 m×2.0 m,喷射混凝土厚100 mm。
3 施工要求
针对围岩变形较快的特点,在断层带中进行锚喷时,可分两次支护,要根据围岩自稳时间确定支护的施工顺序和时间。若围岩的自稳时间较长,则先锚后喷;若自稳时间较短,围岩甚至冒落而难以控制,应打超前护顶锚杆。经过观察:第一次支护后,不但限制了围岩变形的速度,而且允许围岩产生适当的位移和变形,以此来释放压力,所以即使局部出现轻微开裂、小块片落也无妨。围岩变形基本趋向稳定之后,上锚索加大喷厚,施行二次支护,增大锚固拱的厚度,加强支承拱的作用,以保证支护的安全。
4 结语
在充分吸收矿区建设实践经验和深入分析施工方法的基础上,针对双阳矿的断层多、岩层软、地质条件复杂的特点,逐步形成了一套适合本矿区复杂地质条件的井巷施工和支护方法,使矿井建设工期大幅度缩短,对类似矿井支护具有一定的借鉴意义。
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2010-12-16)
曲庆峰(1971-),男,黑龙江哈尔滨人,工程师,从事矿井设计研究工作。