深部高应力影响下软岩巷道支护技术研究

蒋金虎

(开滦(集团) 唐山矿业分公司,河北唐山 063000)

深部高应力影响下软岩巷道支护技术研究

蒋金虎

(开滦(集团) 唐山矿业分公司,河北唐山 063000)

深部矿井高应力影响下软岩巷道支护的稳定性问题,是世界巷道支护中普遍存在的难题,各国业内专家都从理论和实践,技术与工艺,材料与装备上进行大量研究,提出了主动性支护的理念和原则。然而,对这一理念和原则的推广应用,却又因不同国度和自然条件而呈现不同的状况。本文结合唐山矿的实际情况,研究制定了深部高应力影响下软岩巷道支护技术方案,并取得了良好的支护效果。

深部 高应力 软弱岩 离散注浆

1 基本情况

开滦(集团)有限责任公司唐山矿业分公司是我国煤矿开采历史高达百年以上的老矿,矿区建设的快速进展,使矿井的开采深度和作业空间越来越复杂,矿井开采深度及范围的变化,影响巷道施工的困难因素从多方显现,尤其是凸显的“小区域高应力富含带”复杂多变应力,给巷道支护带来更大的难度,成为制约矿井深部开采的瓶颈。

目前我矿井在用主生产系统巷道失修量约1600米,动压破坏占70%。目前急需治理的巷道约1000米,80%为动压影响所致。同时这些巷道围岩多为膨胀砂岩、泥岩和泥质砂岩,且随砂岩厚度加大,粒度渐变至粗砂岩,泥质胶结,极易风化。如我矿6020、T2022大巷处于软弱围岩之中;-793水平8241大巷和-950水平9041大巷同时还受采动影响。

2 原有巷道支护状况

唐山矿-793水平8241大巷原支护为锚网喷支护,支护厚度100mm,巷道规格为4.8×3.5m。由于受矿压和采动影响,巷道变形严重,经过刷大治理,巷道又改成14 m2金属拱形支架支护,棚距400mm。

套修治理后采用14m2金属拱形支架支护也不能达到有效的支护效果,巷道基本每半年就需要套修一次才能满足大巷运输、通风和行人。这就给130年的老矿又增加了重担,在套修治理过程中需要投入大量的人力、物力。

3 优化支护方案

根据-793水平8241大巷的实际情况,我们对8241大巷周围的巷道、采区以及该段巷道的主要岩性进行了分析和研究。最后,决定对支护方案进行优化,采用多层锚网喷+离散注浆+卸压槽的支护方法对该段巷道进行治理。同时,适当的将巷道断面扩大,使巷道在应力的作用下变形后还能满足正常的运输、通风和行人的需要。

4 支护工艺

4.1 多支护单元

(1)初喷:巷道刷大后及时进行一次初喷进行临时支护,喷浆用425号普通硅酸盐水泥,水泥:陶粒土=1:3,速凝剂的掺入量为水泥的5%,初喷厚度80～100mm。

(2)一次锚网喷:①初喷结束后及时打锚杆挂网,锚杆采用φ2 2 m m,长2.0 m等强螺纹钢树脂锚杆,每根锚杆使用1卷CK2860树脂锚固剂,锚杆间排距800mm×800mm,外露30～50m m。网片采用直径为6 mm的钢筋焊接而成,规格为1 70 0m m×1200mm,网片搭接为100mm,网与网用双股16#铅丝绑牢,绑丝间隔不大于300mm,网与锚杆同时布置。②打锚杆挂网结束后及时喷浆,喷浆用425号普通硅酸盐水泥,水泥:陶粒土=1:3,速凝剂的掺入量为水泥的5%,本次喷层厚度为60～80mm。

(3)二次锚网喷:一次锚网喷巷道合格后,为提高喷浆层围岩抗压能力,采用二次锚喷加强支护。

①本次锚杆采用φ22mm,长2.4m等强螺纹钢树脂锚杆,每根锚杆使1卷CK2860树脂锚固剂,锚杆间排距8000mm×8000mm,外露150～200mm(第三次挂网使用)。锚杆位置应与一层锚杆错开,打在原锚杆间排距中间位置。

②金属网:采用直径为6mm的钢筋焊接而成,规格为1200mm×1700mm,网片搭接为100mm,网与网用双股16#铅丝绑牢,绑丝间隔不大于300mm,网与锚杆同时布置。

③喷浆:本次喷浆为巷道最终成型喷浆,应按线喷浆,喷浆厚度50～80mm。巷道成型后,轮廓应平直,支护强度应合理。

(4)三次锚网:二次锚网喷结束后,在表面挂一层防腐网,网片采用直径为6mm的钢筋焊接而成,规格为1200mm×1700mm,网片搭接为100mm,网与网用双股16#铅丝绑牢,绑丝间隔不大于300mm,网片用二次锚网喷结束后外露出来的锚杆用托盘上紧。

4.2 离散注浆

(1)第一次注浆:注浆锚杆:注浆锚杆采用规格为φ22mm,长1.8m的注浆锚杆,打好的注浆锚杆以次编号,以便统计注浆量。底脚注浆锚杆下扎角度30°～45°,底脚锚杆孔口低于底板100mm。注浆锚杆间排距1500×1500mm,外露50～80mm。

(2)第二次注浆:采用离散技术的方法对巷道进行注浆,第一次注浆孔深2.0m,注浆后再打探眼探测围岩整体性。如果围岩已注成整体,第二次注浆孔3~4m深。

(3)注浆参数:①注浆材料采用普通硅酸盐42.5(原525)#水泥。

水灰比为0.7～1:1。②对于单孔而言,为了保证合理注浆量,一是控制泵压在围岩内泵压达到1.5～2.5MPa时应停止注浆;二是根据相邻钻孔跑浆量来定,相邻钻孔一旦跑浆,应及时封邻孔或停止注浆。由于煤层及岩石破碎,单孔注浆量按0.5T/孔考虑。③注浆压力为1.5～2.5MPa,最大注浆压力为2.5MPa,底脚孔注浆压力可加到2.5～3.0MPa。④为了防止注浆在弱面浆液扩散较远,造成跑漏现象,在控制注浆压力和注浆量的同时,必须控制注浆时间,一般为30～40分钟。

4.3 阻断应力

阻断应力传递技术采用底脚泄压槽。泄压槽规格深×宽=400×400mm,如果围岩破碎(煤层)泄压槽规格深×宽=500×500mm。泄压槽沿着慌断面按照斜下45°往里布置,向外帮有400mm以上的宽度,泄压槽挖到位后及时打锚杆挂网喷浆。

5 效果监测

巷道刷大施工完成后,我们对8241大巷进行了布点观测,每10米布置三个点,分别在巷顶、两帮各一个。观测时间为6个月,刚开始每10天观测一次,最大每天顶板位移量为0.2mm/d,两帮为0.1mm/d。第40天开始至6个月末巷道基本处于平稳状态。

6 体会

(1)采用多支护单元分布式容错倍增构建技术。利用支护单元各自优势承担存储负荷,不但解决了传统支护体系统中弱强互补瓶颈问题,还提高了支护体系的可靠性、可用性和扩展性。

(2)采用离散注浆技术,实施不同层次、多时段、浅深孔的注浆结构和相互关系,达到快速、高效和实用性更强的的围岩固化支护技术。

(3)采用阻断应力传递技术。针对深部高应力软岩巷道复杂多变应力,采取多层次、多时段的阻断技术达到支护体系均匀承栽,动态恢复工作阻力稳定效果。有效的解决了叠加应力、非对称应力和持续变化应力对巷道的破坏。

(4)采用多层封层,中间加钢筋网层为筋骨的砼土层,实现具有强韧释压和密贴封闭围岩体的高强度高韧度的支护层封层,为不断提高围岩自身强度及在围岩中稳定一定浆液压力提供重要基础,在围岩注浆过程中稳定一定浆液压力,提高浆液粘结力,从而充分固化和提高围岩自身强度。

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蒋金虎(1984— ),男,本科,矿建助理工程师 现在开滦(集团)唐山矿业分公司生产技术部工作。