大采深软岩大断面硐室的复合型支护技术研究及应用

2016-07-11董勤凯苏礼冲何玉收山东东山王楼煤矿有限公司山东济宁272000

中国科技纵横 2016年10期

董勤凯　苏礼冲　何玉收（山东东山王楼煤矿有限公司，山东济宁　272000）

董勤凯苏礼冲何玉收
（山东东山王楼煤矿有限公司，山东济宁272000）

【摘要】近年来，深部巷道掘进与支护难题已成为影响煤炭深部资源开采的重要制约因素，探索研究深部巷道支护技术与对策将是软岩巷道工程支护技术的发展方向。在本文中，主要结合大采深大断面软岩巷道根据软弱围岩性质和深部地应力等影响，巷道掘进后变形量大，一般支护方式根本无法满足巷道布置设备所需尺寸，在返修困难的情况下，深入研究以更改巷道砌碹断面形状及碹体内添置让压木块以保证巷道成型，减少后期巷道开裂，通过本案例实践，为该技术的应用价值提供可靠依据。

【关键词】大采深大断面让压木块巷道成型

由于深部巷道地质赋存条件的复杂性及受相邻巷道或硐室的掘进扰动影响，巷道围岩及支护结构受力情况较为复杂，难以采用经典力学理论准确分析计算巷道围岩变形和支护结构受力的大小及分布规律，但是可以对深部巷道围岩及支护结构进行研究，适当改变巷道断面、支护参数等方案有效地采取相应的巷道围岩支护与加固措施，保证深部巷道围岩与支护结构的长期稳定与安全。

王楼煤矿位于济宁煤田南部，矿井设计生产能力0.9Mt/a，矿井含水层富水性强，且煤层顶、底板多为、页岩、泥岩，褶曲发育、断层多，地质构造复杂，井下巷道埋藏较深，岩石松软，多属于不稳定或极不稳定类型软岩巷道。本文结合山东能源临沂集团王楼煤矿-1150m泵房进行探讨研究大采深软岩大断面硐室的复合型支护技术。

1　远场地压

王楼煤矿泵房埋深1180m，按围岩容重25KN/m3，则垂直地应力为29.5MPa。根据目前巷道软弱围岩性质和深部地应力一般规律，可近初步认为水平地应力与垂直地应力近似相等。

2　岩石水理性质岩石强度测试与围岩类型划分

2.1岩石水理性质

3上煤层顶板岩石粘土矿物含量为70.8%，高岭石含量占粘土矿物总量的65%以上，围岩遇水软化崩解碎裂。3上煤层底板岩石粘土矿物含量为42.6%，高岭石含量占粘土矿物总量的63%以上，遇水整体软化表面有裂隙。3上煤层顶板岩石发生崩解碎裂，3上煤层底板岩石发生整体软化表面有裂隙。

图3.1　泵房可缩性钢筋混凝土碹体支护图

2.2-1150泵房围岩综合评估

根据3上煤顶底板岩石性质和深井软岩巷道分类标准，位于3上煤层顶板中的泵房硐室属于“极软岩巷道”。泵房的煤层底板段可近似看作是“软岩巷道”。-1150泵房埋深1180m，巷道穿过3上煤层。3上煤层顶板岩石单轴抗压强度为14.5MPa，遇水崩解碎裂，煤层底板岩石单轴抗压强度为28.9MPa，遇水整体软化，表面裂隙发育。泵房作为深井软岩巷道的特征，同时考虑车场的服务长期性和正常使用的稳定性问题，支护尽可能一次成功，保证巷道长期稳定，尽量不出现返修影响使用、增加返修成本及影响安全问题。

3　泵房支护方案设计及施工步骤

泵房支护方案设计如下：

巷道掘进初次支护方式为：巷道顶部及帮部均采用Ф22× 2500mm等强树脂锚杆，锚杆间排距均为700×700mm，每根锚杆配1卷K2370树脂锚固剂；金属网采用Ф6mm钢筋编制的网孔100× 100mm的经纬网，零搭接直连。在巷道正顶及沿巷道中心线向两侧均匀布置1排锚索进行加强支护，锚索使用Φ22×8000mm低松弛钢绞线，每根配2卷K2370树脂锚固剂。喷射混凝土标号C20，喷厚30mm。二次支护方式为钢筋混凝土，砌碹厚度450mm。巷道支护断面如图3.1。

（1）泵房碹体结构设计：支护采用“让压型钢筋混凝土碹体+锚索加固”。混凝土碹体厚度450mm，混凝土强度设计为C30。混凝土内掺入3%～5%的钢纤维，碹体强度可提高15%以上。（2）泵房底拱：设计为三心拱型反底拱，反底拱宽4600mm，拱深2450mm。（3）钢筋混凝土碹体施工工艺：第一步，在现有巷道开挖形状基础上，对巷道进行开帮卧底；第二步喷射30mm厚混凝土喷层；第三步，按照配筋情况弯制钢筋，井下捆扎钢筋，固定让压木条；第四步安装模板；第五步浇筑钢纤维混凝土并振捣。（4）锚索加固：碹体施工完毕，碹体肩部、两帮和底脚处打锚索加固碹体，锚索规格Φ22×8000mm，间排距1300mm×1400mm。