大埋深软岩煤矸仓防水支护设计

苏康 白长江 桑胜涛

（山东能源新矿集团华丰煤矿，山东泰安 271413）

大埋深软岩煤矸仓防水支护设计

苏康 白长江 桑胜涛

（山东能源新矿集团华丰煤矿，山东泰安 271413）

华丰煤矿是一个具有上百年开采历史的矿井，目前最大开采深度已达1100米，巷道围岩在高应力的作用下进入软岩状态，随之出现了大地压、大变形、难以支护的特点，尤其是矸石（煤）仓的变形量严重，采用常规浇筑钢筋混凝土的支护形式已难以控制巷道围岩的移进，也不能满足安全生产的需要。尽管施行了远截近注施工方法取得的一定效果，但是不能从根本上杜绝渗水的威胁，通过实施了“双层支护，内堵外放”技术，既减少了煤（矸石）仓重复施工带来的危险系数，又达到了安全生产提高工效的预期目标。

软岩 注浆防水 远截近注 双层支护 内堵外放

1 概述

华丰煤矿由于受地应力及采动压力的影响，围岩裂隙逐渐增大、矸煤仓仓壁损坏，始终受渗透水的威胁，尽管施行了远截近注（对仓壁外进行注浆防水）施工方法取得的一定效果，但是不能从根本上杜绝渗水的威胁。并且受回采工作面采动压力的影响，仓壁出现裂隙，渗水接连不断，渗水量达0.05m3/min～0.1m3/min，矸石仓储矸石时糊仓，矸石不能下放，需放炮才能处理。不仅影响生产还带来安全隐患。为保证矿井的正常接续，通过全面的理论分析、现场测试、数值对比等研究工作，实施了“双层支护，内堵外放”技术，既减少了煤（矸石）仓重复施工带来的危险系数，又达到了安全生产提高工效的预期目标。

图11-围岩位移曲线；2—支架工作特性曲线； 3—围岩松动破坏后的位移曲线；

2 项目设施

以矸石仓为例，根据矸石仓防水支护的实际情况，矸石仓施工可分三个步骤实施。

第一步实施矸石仓外层支护：分锚网喷一次支护和二次支护，最后锚梁喷加强支护。第二步下仓口硐室的支护。第三步矸石仓内壁钢筋混凝土浇注支护。

2.1 矸石仓外层支护方式

（1）支护方式：采用喷锚喷、锚网喷作永久支护锚喷棚加强支护，锚杆间排距1000mm，支护材料为螺纹钢高强锚杆，锚杆规格为φ22 ×2400mm，用于加长锚的树脂锚固剂应符合煤炭行业标准MT219-90。喷射C20混凝土（水泥、石子、砂子），喷体厚度250mm，其中一次喷厚150mm，二次喷厚50mm，锚棚后喷厚为50mm。（2）喷锚喷作一次支护，一次支护距迎头不大于1.3m，初凝20分钟后在砼临时支护下进行一次支护，按1000×1000mm 间排距打锚杆，全断面挂5000 ×1000的10#冷拔钢金属经纬网，用锚盘压紧金属网使其紧贴岩面，然后喷浆盖网，锚杆外露长度30～70mm。（3）锚网喷作二次支护以第一次支护时栓出的铁丝为标志，按1000×1000mm 间排距打锚杆。并使之与第一次的支护锚杆呈菱形布置。安装二次锚杆时全断面挂菱形网并用托盘将网压紧。网与网之间用串簧连接，然后喷浆盖网，二次喷浆厚度为50mm。（4）锚棚梁加强支护，U棚为10节全封闭圆弧型U 2 9可缩支架，搭接长度不少于5 0 0 m m，U棚距中～中为1000mm，并用锚杆全锚固固定。喷厚不少于50mm浆体封闭，棚后部分喷实。棚梁与棚梁搭接段用两副标准U型卡缆固定。搭接段和中间用两根锚杆和一个U型卡锚固，锚杆采用φ20×2500mm全螺纹钢等强锚杆，每根锚杆配8块水泥药卷全长锚固。

2.2 矸石仓下口永久支护方式

（1）矸石仓下部缩口的基座（即皮带井顶板加固）密排I20普通矿用工字钢加固处理，工字钢要纵横排两排，作为皮带井平顶施工的再生顶板骨架。浇注钢筋砼支护，砼厚度500m。并在配筋外侧随煤仓下缩口规格铺设18kg/m钢轨，增强下缩口的支护强度，保护煤仓下缩口。（2）给矸机处皮带井浇注钢筋碹支护，砼厚度500mm。

2.3 矸石仓内层支护方式

2.3.1 矸石仓内外壁间距的设计

根据弹性理论轴对称平面变形问题分析方法及塑形区内岩石体积不变的条件，可求得支架反力P与巷道围岩位移Ua的关系式为：

式中：r=巷道半径，Q0=原岩应力，C 、x、G ----围岩的内聚力，内摩擦角及剪切模量。当式中的其他条件不变时，巷道周边位移与支架反力P成反比关系。

ABC-支架可能的工作点；Pmax、PMIM—支架承受的最大承载力和最小承载力；△Umax—允许围岩最大位移量

2.3.2 矸石仓内壁永久支护

（1）矸石仓内壁浇筑前必须在仓外壁上按800×1000间排距打锚杆。锚杆外露长度为300～400，锚杆起到悬吊内壁及加固内壁缓冲外力的作用。（2）由矸石仓下缩口平顶开始由下向上施工，每循环浇筑一胎。每胎长度不超过1m。（3）先帮扎钢筋骨架，然后支设碹拱胎浇注。检查合格后，方可下料进行浇注施工。矸石仓直壁钢筋骨架必须垂直底板，煤仓下口骨架断面必须与巷道轴线垂直，扭矩不大于50mm。 钢筋的纵横龙骨和纵横辅助筋必须程“十”交叉勾结，交点必须用双股14#铁丝绑扎牢固；纵横筋间距必须均匀。（4）钢筋接头处搭接长度不小于其直径的30倍， 各个钢筋接头必须错开布置，任一截面有接头的受力钢筋不得超过钢筋总量的25%。（5）碹胎拱板采用30mm厚的优质新木板加工，碹拱支架分别采用不同规格的优质新红松方木：规格分别为：100×100mm；80×80mm；50×50mm。浇注砼的支撑架必须呈三角形支设，保证稳固、安全可靠。碹胎长度为1.0m，每次浇筑一个碹胎，浇筑过程中每浇注500mm长或厚采用电动振动棒振动一次，保证振动注实，严禁有空洞、蜂窝。

3 结语

矸石（煤）仓防水支护技术，为华丰煤矿渗水区矸石仓的施工总结了一整套成功经验，避免矸石仓渗水，减少了筒仓这一环节，技术上先进，经济上合理，同时也总结出一整套适合矸石仓施工的技术，保证了矸石仓施工安全，具有推广应用价值。通过矸石仓的施工，我们对矸石仓的支护形式进行了一些探索，既考虑了矸石仓受压后的缩进，又考虑了矸石仓渗水问题，使矸石仓施工有了很大的演变和发展，为同类矿井矸石仓的施工开拓了新的思路，积累了宝贵经验。