(演示稿)深井軟巖巷道支護(hù)技術(shù)研究及工程實踐共頁課件

1、深井軟巖巷道支護(hù)技術(shù)研究及工程實踐淮南礦業(yè)集團(tuán)2019年8月第1頁，共26頁。目 錄 引言 巷道變形破壞的原因分析 深部巷道圍巖穩(wěn)定性的控制方法 施工中要注意的幾個問題工程實例及效果 結(jié)語 第2頁，共26頁。一、引言 望峰崗礦井是淮南礦業(yè)集團(tuán)開發(fā)建設(shè)的第一對千米深井，也是淮南礦區(qū)開采技術(shù)條件最復(fù)雜、開采難度最大的一對深井，是被國家批準(zhǔn)的高瓦斯復(fù)雜地質(zhì)條件下的深井開采實驗礦井。礦井設(shè)計生產(chǎn)能力300萬t/a，礦井第一水平深達(dá)-960m，第二水平-1200m，并在-817m設(shè)一輔助水平，該水平巷道巖性較差且斷層及煤線發(fā)育。在開始掘進(jìn)-817m水平巷道時，巷道變形特別嚴(yán)重，維護(hù)困難，常常出現(xiàn)前掘后修

2、、重復(fù)翻修的現(xiàn)象。為此，探索出一套適合于深部巷道圍巖變形特點的支護(hù)體系對望峰崗礦井及類似深井軟巖巷道的支護(hù)實踐具有深遠(yuǎn)的意義。 第3頁，共26頁。二、巷道變形破壞的原因分析 巖體性質(zhì)地應(yīng)力支護(hù)形式深部巷道 1、地應(yīng)力。巷道埋深大，接近850m左右，圍巖受力情況極其復(fù)雜。根據(jù)對-817m水平地應(yīng)力測試結(jié)果，該區(qū)最大水平主應(yīng)力量值為20.33MPa，水平應(yīng)力大于鉛直應(yīng)力，側(cè)壓系數(shù)約為1.12，應(yīng)力場是以水平應(yīng)力為主。再加上施工擾動引起的內(nèi)部應(yīng)力重新分布，圍巖體容易發(fā)生卸荷破壞。 第4頁，共26頁。 3、支護(hù)形式與圍巖變形不適應(yīng)。原來施工的巷道采用錨網(wǎng)索噴和金屬支架聯(lián)合支護(hù)，但沒有優(yōu)化錨網(wǎng)索支護(hù)各環(huán)

3、節(jié)，圍巖的變形能沒有得到初步釋放，支護(hù)結(jié)構(gòu)難以承受圍巖急劇釋放的應(yīng)力作用，從而導(dǎo)致巷道圍巖的變形破壞。 因此，巷道的支護(hù)形式應(yīng)綜合考慮地應(yīng)力、巖性等不利因素的影響。 2、巖體性質(zhì)。-817m水平巷道巖性以泥巖、砂質(zhì)泥巖、細(xì)砂巖為主，巖性較差，并且斷層及煤線較發(fā)育，再加上高應(yīng)力、高地溫的影響，巷道圍巖強(qiáng)度低，表現(xiàn)出軟巖特性，穩(wěn)定性差，具有流變性。因此，巷道開挖后，隨著時間的增加，圍巖變形不斷的增大，導(dǎo)致支護(hù)體破壞、巷道失穩(wěn)。 第5頁，共26頁。三、深部巷道圍巖穩(wěn)定性的控制方法 研究表明，錨網(wǎng)支護(hù)對提高圍巖的整體效能、改善圍巖的應(yīng)力狀態(tài)有著積極的作用；較高的預(yù)緊力能改善圍巖的應(yīng)力狀態(tài)，致使失穩(wěn)圍巖

4、從兩向受力狀態(tài)轉(zhuǎn)化為三向受力狀態(tài)，從而減小圍巖的變形、控制頂板離層；而注漿能夠提高巷道周邊被破壞圍巖的剛度和整體性。為此，針對望峰崗礦井深部巷道圍巖特點，提出了錨網(wǎng)索噴整體支護(hù)及圍巖加固技術(shù)，其具體支護(hù)工藝流程為：掘巷時預(yù)留斷面初噴錨網(wǎng)支護(hù)錨索滯后支護(hù) 復(fù)噴注漿加固底板治理第6頁，共26頁。三、深部巷道圍巖穩(wěn)定性的控制方法 巷道掘進(jìn)時預(yù)留斷面，具體預(yù)留尺寸根據(jù)現(xiàn)場巖性在措施中規(guī)定。這樣就使巷道在開挖后，圍巖有一個變形能釋放的空間與時間。允許巷道周邊產(chǎn)生一部分松動變形，既保證了巷道的設(shè)計斷面，又確保了錨網(wǎng)索支護(hù)的效果。3.1 掘巷時預(yù)留斷面第7頁，共26頁。三、深部巷道圍巖穩(wěn)定性的控制方法 因現(xiàn)

5、場地質(zhì)情況和工人的操作熟練程度的不同，迎頭爆破后成型難免不規(guī)則，而巷道周圈不規(guī)則部分最易產(chǎn)生應(yīng)力集中。采取初噴混凝土的方法及時封閉圍巖，可以將斷面內(nèi)坑坑洼洼的部分填平，一方面起到膠結(jié)裂隙、加固圍巖，防止圍巖風(fēng)化的作用，另一方面，初噴后使巷道表面形成圓滑曲面，有利于鋼筋網(wǎng)、錨桿（索）的托盤緊貼壁面，確保了錨桿的預(yù)緊力。噴射混凝土體積比嚴(yán)格按水泥：黃沙：石子1:2:2進(jìn)行配比，初噴厚度不小于70mm，復(fù)噴厚度不大于50mm，噴層總厚度120mm。3.2 初噴混凝土第8頁，共26頁。三、深部巷道圍巖穩(wěn)定性的控制方法 待初噴混凝土初凝后，錨網(wǎng)支護(hù)必須及時緊跟迎頭，不得空幫空頂。錨桿選用高強(qiáng)度、高預(yù)應(yīng)力

6、樹脂錨桿，桿體采用建筑用V級無縱筋左旋螺紋鋼，端部螺紋采用等強(qiáng)滾絲加工，錨桿屈服強(qiáng)度，延伸率，錨桿規(guī)格22mm、L2500mm，間排距800mm800mm；錨桿托盤采用加強(qiáng)型特制凸型鐵托盤，規(guī)格為18018012mm，鋼筋網(wǎng)規(guī)格為6.5mm930 1750mm、100100mm。每根錨桿使用2個Z2355型樹脂藥卷進(jìn)行錨固，確保錨桿扭距不小于200 N.m、抗拔力不小于10t。 3.3 錨網(wǎng)支護(hù)第9頁，共26頁。三、深部巷道圍巖穩(wěn)定性的控制方法 錨索的作用主要表現(xiàn)為將下部錨桿支護(hù)形成的錨固承載結(jié)構(gòu)整體懸吊于深部圍巖中，起到強(qiáng)化支護(hù)作用，錨索二次耦合支護(hù)后，可以通過深淺部圍巖之間的強(qiáng)度聯(lián)系實現(xiàn)巷

7、道圍巖高應(yīng)力向低應(yīng)力的轉(zhuǎn)化。 研究表明，巷道的破壞是一個漸進(jìn)的過程，是從某一個或幾個部位開始變形、損傷，進(jìn)而導(dǎo)致整個支護(hù)系統(tǒng)的失穩(wěn)，這些首先破壞的部位稱為關(guān)鍵部位。因此，在錨網(wǎng)支護(hù)的基礎(chǔ)上，需對關(guān)鍵部位進(jìn)行錨索加強(qiáng)支護(hù)，從而抑制變形向圍巖縱深發(fā)展。通過現(xiàn)場觀察，確定加強(qiáng)支護(hù)關(guān)鍵部位為巷道的底板、正頂及兩拱肩部位,如圖1、圖2所示。3.4 關(guān)鍵部位錨索加強(qiáng)支護(hù)第10頁，共26頁。圖1 錨網(wǎng)支護(hù)后巷道最大主應(yīng)力場圖 圖2 錨網(wǎng)支護(hù)后巷道圍巖破壞區(qū)圖 三、深部巷道圍巖穩(wěn)定性的控制方法 3.4 關(guān)鍵部位錨索加強(qiáng)支護(hù)第11頁，共26頁。三、深部巷道圍巖穩(wěn)定性的控制方法 所以需對巷道正頂及兩拱肩處實施高預(yù)

8、應(yīng)力錨索支護(hù)，錨索規(guī)格17.8mm6500mm，采用高強(qiáng)度凸形鐵托盤，規(guī)格24524514mm。錨索每排3根，排距2.4m，設(shè)計預(yù)緊力不小于8t，錨固力大于20t，錨索外露長度100300mm。 另外，需要注意的是，錨索加強(qiáng)支護(hù)必須滯后迎頭一定的距離方可施工。這是因為深部巷道掘進(jìn)期間實施錨網(wǎng)及時支護(hù)后，圍巖有一個劇烈變形階段，在巷道圍巖劇烈變形階段結(jié)束或臨近結(jié)束的時間段里，施加錨索關(guān)鍵部位二次支護(hù)，能夠在充分釋放圍巖變形能的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)錨索與錨網(wǎng)和圍巖之間的最佳時空耦合。3.4 關(guān)鍵部位錨索加強(qiáng)支護(hù)第12頁，共26頁。 本-817m水平工程在實際施工中，通過大量的現(xiàn)場觀測，認(rèn)為在巷道掘出57天

9、內(nèi)，巷道礦壓顯現(xiàn)趨于緩和，因此決定滯后迎頭15m左右對巷道關(guān)鍵部位進(jìn)行錨索二次加強(qiáng)支護(hù)效果最佳。三、深部巷道圍巖穩(wěn)定性的控制方法 3.4 關(guān)鍵部位錨索加強(qiáng)支護(hù)第13頁，共26頁。三、深部巷道圍巖穩(wěn)定性的控制方法 復(fù)噴要在巷道變形趨于穩(wěn)定的時候進(jìn)行，一般滯后迎頭20m40m，復(fù)噴的目的是對鋼筋網(wǎng)施加一個保護(hù)層以便封閉鋼筋網(wǎng)，復(fù)噴厚度不超過50mm，初噴厚度不小于70mm，噴層總厚度120mm。這樣金屬網(wǎng)扎在靠近砼體的表面位置，極大地提高了砼體的抗張拉能力，使砼體不易開裂脫落，合理地利用了砼體的力學(xué)性質(zhì)，對確保安全施工十分有利。3.5 復(fù)噴第14頁，共26頁。三、深部巷道圍巖穩(wěn)定性的控制方法 對巷

10、道錨網(wǎng)索噴支護(hù)以后，適時對巷道圍巖進(jìn)行注漿加固，以提高圍巖的整體承載能力，增強(qiáng)圍巖的剛度和穩(wěn)定性。 選擇最佳時間段對巷道進(jìn)行注漿加固，既能允許巷道發(fā)生一定的松動變形的同時，又能充分發(fā)揮圍巖的自承能力，是以最小支護(hù)成本取得最大支護(hù)效果的關(guān)鍵因素之一。通過深入研究，認(rèn)為注漿加固最佳時間段應(yīng)在巷道劇烈變形階段以后的緩慢變形階段初期，據(jù)此我們確定本施工地區(qū)注漿時間為巷道掘進(jìn)后1520天內(nèi)。注漿漿液為Po32.5級普通硅酸鹽水泥配制成的單液漿，水灰比為0.71.0，采用深淺孔交替注漿，深孔3m，淺孔1.5m，孔徑42mm，注漿終壓為23MPa。 3.6 注漿加固第15頁，共26頁。三、深部巷道圍巖穩(wěn)定性

11、的控制方法 掘進(jìn)過程中，巷道底臌非常嚴(yán)重，有時新開挖的巷道前面掘進(jìn)，后路就需臥底維修，耗費了大量的人力、物力和財力，妨礙了正常的運輸、行人和通風(fēng)，給安全生產(chǎn)帶來了嚴(yán)重威脅。因此，選擇合適的時間及方法對巷道底板進(jìn)行支護(hù)，對增強(qiáng)巷道底板的穩(wěn)定性是非常必要的。 為此，在分析底板變形破壞機(jī)理基礎(chǔ)上，提出了超挖錨注回填的措施。具體流程如下：3.7 底板治理第16頁，共26頁。三、深部巷道圍巖穩(wěn)定性的控制方法 （1）巷道掘進(jìn)期間一次支護(hù)中，需在底板上不大于100mm處兩幫施工底腳錨桿，底腳錨桿與水平面呈60夾角扎向底板。 （2）在巷道劇烈變形階段以后的緩慢變形階段初期，此時巷道變形趨于相對穩(wěn)定，對底板一定

12、深度的巖體進(jìn)行超挖。 （3）對超挖巷道的底板進(jìn)行錨管注漿。錨管長度2.5m，間排距2m2.5m，錨管端部車絲，注漿完畢用專用托盤上緊。錨注的作用是充填底板裂隙、加強(qiáng)超挖巷道底板圍巖整體強(qiáng)度。 3.7 底板治理第17頁，共26頁。三、深部巷道圍巖穩(wěn)定性的控制方法 （4）在巷道底部施工錨桿，使底板圍巖形成一個組合梁。對一些斷面大的硐室，如馬頭門、水泵房、變電所等，增設(shè)底板錨索。底板錨索采用SGZ-A型鉆機(jī)鉆孔，鉆桿 42mm，鉆頭46mm，孔深6.5m，錨索22mm6500mm，間排距2.5m2.5m，每根錨索采用4卷特制Z4050型樹脂藥卷錨固。 （5）用C40混凝土對超挖底板進(jìn)行回填。 3.7

13、 底板治理第18頁，共26頁。四、施工中需注意的幾個問題 （1）在抓好光爆成型的基礎(chǔ)上，在噴射混凝土這道工序里，關(guān)鍵抓初噴，要確保初噴的質(zhì)量。復(fù)噴以超過鋼筋網(wǎng)表面10mm為宜。 （2）必須保證錨桿的預(yù)緊力。施工中，要不斷探索，改進(jìn)施加預(yù)緊力的機(jī)具，實現(xiàn)錨桿高預(yù)緊力。我們在現(xiàn)場施工中，從開始的人工單向扭力扳手，過渡到長柄雙向循環(huán)扳手，到能施加高預(yù)緊力的風(fēng)動扳手（如圖3）。圖3 MQS90J2型氣動錨桿風(fēng)扳機(jī)第19頁，共26頁。四、施工中需注意的幾個問題 （3）為保證底板錨索支護(hù)質(zhì)量，錨索眼孔鉆好后，要用壓風(fēng)將孔內(nèi)積水和巖渣吹凈。 （4）因現(xiàn)時本礦巷道施工中最粗錨索直徑為22mm，而底板錨索眼孔直

14、徑為46mm，為保證錨固效果，按照“三徑匹配”原理，對錨索端部2m范圍內(nèi)補以14鐵絲麻花狀綁扎牢固，以增大錨索錨固段的直徑。 第20頁，共26頁。四、施工中需注意的幾個問題 （5）積極和科研單位合作，開展圍巖變形量、變形速度、錨桿工作阻力及其與巷道開掘時間關(guān)系的現(xiàn)場監(jiān)測工作，準(zhǔn)確掌握圍巖變形活動規(guī)律，以便及時調(diào)整支護(hù)參數(shù)、采取補強(qiáng)支護(hù)措施，（實測數(shù)據(jù)如圖4、圖5）。圖4 巷道深部圍巖位移變化曲線 圖5 巷道錨桿受力變化曲線 第21頁，共26頁。四、施工中需注意的幾個問題 （6）采用先進(jìn)監(jiān)測儀器，加強(qiáng)對不同地段圍巖松動圈的觀測研究。巷道掘進(jìn)后，利用頂板離層儀對圍巖變動情況進(jìn)行實時觀測，巷道注漿后，利用鉆孔窺視儀監(jiān)測注漿效果（如圖6）。圖6 鉆孔窺視儀監(jiān)測圖 第22頁，共26頁。五、工程實例及支護(hù)效果 -817m南翼軌道大巷、-817m北翼C15頂板軌道大巷及-817m馬頭門、等候室等硐室群在施工中均采用該綜合支護(hù)技術(shù)。通過現(xiàn)場觀測，在施工后至今，主要硐室群基本無變形量，如-817m南翼軌道大巷、-817m北翼C15頂板軌道大巷兩幫位移量最大僅80mm，頂板下沉量平均50mm，特別是控制底臌的效果十分顯著，底鼓最大處僅20mm且在較長的時間內(nèi)趨于穩(wěn)定，保證了巷道的正常使用，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。 -817m等候室 -817m南翼軌道大巷