錨噴與注膠充填在阻燃煤層大斷面硐室支護中的應(yīng)用

錨噴與注膠充填在阻燃煤層大斷面硐室支護中的應(yīng)用

楊村煤礦是一座年開采150萬噸的大型現(xiàn)代化礦山。隨著多年的開采，礦區(qū)逐漸向深部擴張，礦山生產(chǎn)系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜。為優(yōu)化礦井生產(chǎn)系統(tǒng),需要在中13采區(qū)下部施工一緩沖煤倉,使2個采區(qū)(中13與底13采區(qū))的煤均可通過D13強力膠帶集中運輸,以減少運輸環(huán)節(jié),節(jié)約生產(chǎn)成本。根據(jù)設(shè)計,緩沖煤倉下部需要施工一大斷面硐室做操作間,安裝給煤機及其他附屬設(shè)備,同時還作為清理間用于清理轉(zhuǎn)載點撒煤。該硐室布置在2—3煤層中的D13強力膠帶下山內(nèi),頂部煤層厚度在10m左右,層理廣泛發(fā)育,煤層普氏硬度系數(shù)f=1～2,煤層底板系泥質(zhì)砂巖,遇水易膨脹變形。根據(jù)收集的有關(guān)資料,該段膠帶下山有明顯變形,曾進行過多次維修,個別地方曾出現(xiàn)混凝土層裂縫、剝落,引起自然發(fā)火。鑒于硐室布置在松軟煤層中,施工過程中極易出現(xiàn)片幫冒頂現(xiàn)象,緩沖煤倉使用年限長、維護困難,礦內(nèi)同類型煤倉曾經(jīng)出現(xiàn)自然發(fā)火,給礦井安全生產(chǎn)造成極大影響,決定對該緩沖煤倉采用復(fù)合支護方式以提高支護強度,確保支護效果的堅固性和密閉性,提高煤倉的服務(wù)年限。1支架分析1.1資金來源及支護硐室施工采用將該處原D13膠帶下山斷面挑頂、刷幫形成硐室的辦法進行。受集中礦壓影響,該段膠帶下山錨噴支護半圓拱形斷面已經(jīng)出現(xiàn)較大變形,考慮到集中礦壓作用下大斷面硐室砌碹支護易變形、難修復(fù)的實際情況,若煤倉下部硐室采用砌碹支護,無法保證硐室和煤倉長期安全穩(wěn)定,一旦圍巖失穩(wěn)將直接影響整個13區(qū)正常生產(chǎn)。通過工程類比分析,硐室支護采用料石墻、工字鋼梁砌體支護配合錨噴網(wǎng)支護的復(fù)合支護方式。為充分合理地利用斷面,決定將給煤機及開關(guān)等附屬設(shè)備和操作間與轉(zhuǎn)載點撒煤清理間上下重疊布置。根據(jù)設(shè)計要求,硐室的凈長為9m,凈寬為5.0m,底板與原巷道保持一致,頂板水平布置,煤倉中心處凈高度為5m(其中,上部給煤機及開關(guān)等附屬設(shè)備和操作間凈高1.8m)。錨桿采用樹脂錨桿,由此推算,硐室的毛寬為6.4m,煤倉中心處的毛高5.5m,為保證施工硐室時,兩側(cè)巷道不至于出現(xiàn)集中壓力作用而變形,硐室上、下3m銜接巷道,采用料石混凝土砌碹支護提高支護強度。1.2預(yù)應(yīng)力錨桿、網(wǎng)、噴混凝土聯(lián)合支護(1)料石墻設(shè)計寬度550mm,料石墻基礎(chǔ)可分段找平,采用砂漿鋪底,料石砌筑,基礎(chǔ)厚度不小于300mm,寬度800mm。(2)工字鋼梁采用30#普通熱軋工字鋼,長度6m,按0.5m間距架設(shè),給煤機及開關(guān)等附屬設(shè)備和操作間臺架采用20#普通熱軋工字鋼做骨架,上鋪設(shè)厚5cm木板,工字鋼間距1.0m。(3)錨桿采用?18mm×1800mm的端錨鋼筋樹脂錨桿;錨固劑采用3550型樹脂藥卷;托板為鐵托板,規(guī)格為100mm×100mm×10mm;錨桿間排距均為0.7m;錨桿眼深度不超過1750mm。(4)網(wǎng)為熱鍍鋅低碳8#鋼絲編織的金屬菱形網(wǎng),規(guī)格4.0m×1.6m;鋼絲抗拉強度≥375MPa。采用專用聯(lián)網(wǎng)絲聯(lián)網(wǎng),逢孔必穿,確保聯(lián)網(wǎng)質(zhì)量。(5)噴射混凝土厚度100mm,混凝土配比為水泥∶沙∶米石(體積比)=1∶2∶2,水灰比為0.44,速凝劑按水泥質(zhì)量的3%加入,噴漿料嚴格按配比攪拌均勻。噴射混凝土標號不低于C20。(6)金屬框架支護采用30#普通熱軋工字鋼,當硐室施工完成后,在硐室四周焊接一組工字鋼框架,構(gòu)成工字鋼、料石墻、金屬支架配合錨網(wǎng)噴強力復(fù)合支護,確保硐室牢固安全。2施工工藝2.1錨網(wǎng)噴支護頂板鋪設(shè)、加固方案考慮硐室圍巖條件較差、2—3煤層松軟、易垮落的特點,全斷面一次成型有困難,決定將全斷面分解成3部分施工,即先兩側(cè)后中間施工法,兩側(cè)寬度均為2.2m,中間寬度2.0m。施工兩側(cè)前,先在中間打上一組規(guī)格為2.0m×1.0m的“#”形木垛并接頂嚴密牢靠,然后依此在兩側(cè)進行正臺階法的擴幫施工,及時采用錨網(wǎng)噴支護并砌筑料石墻等。兩側(cè)施工完畢后,開始對中間部分逐架拆除木垛,將中間頂煤挑掉,錨網(wǎng)噴支護并架設(shè)工字鋼梁支護頂板。最后進行噴射混凝土封閉頂板,安裝給煤機及開關(guān)等附屬設(shè)備操作間臺架,并打混凝土底板施工。施工工序如圖1所示。2.2施工方法(1)苗木長度、規(guī)格①施工前,必須提前搭設(shè)牢固可靠的工作臺,為施工人員提供合理的施工空間和作業(yè)高度。為便于移動,工作臺由長2.2m、寬1.2m、高2.5m的木質(zhì)長方體組成;長方體采用直徑不小于18cm的木料密排制成,施工時,根據(jù)需要將長方體連成一體。②施工兩側(cè)前,先在中間位置打上一組規(guī)格為2.0m×1.0m的“#”形木垛,所用木料直徑不小于18cm,木料之間用鈀釘固定;所有木垛必須排成一條直線并接頂嚴密牢靠。(2)周邊眼分開爆破,整體施工,依層護岸基礎(chǔ)支護,分段找平主放線①兩側(cè)分開施工,均從上向下進行,先按兩側(cè)斷面要求采用正臺階施工法進行挑頂擴幫施工,循環(huán)進度1.4m,擴幫、挑頂均采用放小炮施工,炮眼深度1.5m,掏槽眼間距650mm,每眼裝藥量2節(jié),其他周邊眼間距500mm,裝藥量均為1節(jié),掏槽眼與周邊眼分開爆破。上臺階超前下臺階2.8m推進,依此類推。②爆破作業(yè)完成后,及時用手鎬將斷面刷至設(shè)計要求,并將浮煤清理干凈,然后按要求及時打錨桿,掛菱形金屬網(wǎng)支護,巷道一側(cè)施工完畢,再集中起來,分2次進行噴射混凝土支護以達到設(shè)計要求。③噴漿支護完畢,及時分段找平挖掘料石墻基礎(chǔ),挖掘深度不小于300mm,寬度不小于800mm?；A(chǔ)挖好后,先鋪上50mm厚的砂漿,然后在其上砌筑料石基礎(chǔ)(厚300mm,寬800mm);料石墻基礎(chǔ)砌筑好后再按設(shè)計要求砌筑料石墻,料石墻與兩幫噴層的間隙要用砂漿充填實;料石墻砌筑到給煤機安裝平臺高度時,及時掛上水平線確保安裝平臺水平,并按設(shè)計要求預(yù)留架設(shè)工字鋼棚架的間隙。(3)挑頂施工后煤礦基礎(chǔ)施工①兩側(cè)挑頂、擴幫支護完成,且料石墻砌筑好后,開始按設(shè)計要求預(yù)先將兩幫需架設(shè)的30#工字鋼梁(共計16根)的位置依此排好,然后進行中間部分的挑頂施工。②挑頂施工從上向下依次進行,每取掉一架木垛,及時將頂上的煤用手鎬或長柄工具挑掉,每次挑夠架一棚工字鋼梁的位置,及時打錨桿、掛網(wǎng),并按標定位置將工字鋼梁架好。以此類推施工完畢。若手鎬刷不動時,可放松動炮松動。③中部挑頂支護完畢后,及時噴射混凝土支護,使之達到設(shè)計要求。(4)澆筑煤倉下模板待硐室主體工作全部完成后,開始按原來預(yù)留位置安裝給煤機及開關(guān)等附屬設(shè)備和操作間臺架;將煤倉主體與下部硐室掘通,并支模板,用混凝土澆筑煤倉下部漏斗和預(yù)埋給煤機安裝框架。煤倉下部硐室支護結(jié)構(gòu)如圖2所示。(5)底深度確定當硐室施工結(jié)束,設(shè)備安裝好后,進行剁底預(yù)埋工字鋼底梁施工。剁底施工分段進行,剁底深度以挖到兩邊料石墻地基處為準,剁底達到要求后焊接工字鋼框架底梁,下底梁前巷道底部先預(yù)鋪設(shè)金屬網(wǎng),以防底梁變形下墜;底梁焊接完畢后,在底梁上焊接工字鋼框架,工字鋼框架焊接完畢達到要求后,用混凝土澆筑硐室底板,厚度不小于200mm。3砌料墻后打鉆注膠充填由于硐室斷面較大,且布置在松軟煤層中,雖然已采取了錨網(wǎng)噴漿支護來預(yù)防煤層自燃,但煤倉在使用過程中,長期受落煤沖擊振動和礦壓作用等因素影響,造成硐室周圍軟煤松脫,使砌料石墻后出現(xiàn)空隙,漏風(fēng)后有可能引起自燃。因此,為更有效預(yù)防煤層自燃,采取了砌料石墻后打鉆注膠充填措施。在硐室頂部中央和硐室兩肩部每隔3m各打一個鉆孔,對砌料石墻后縫隙進行插管注膠充填。注膠后既有效地預(yù)防了縫隙漏風(fēng),又減緩了周圍軟煤松脫,不僅起到了預(yù)防自燃作用,還減弱了煤倉落煤沖擊對支護的振動影響。4次支護,補打錨桿在原D13膠帶下山錨噴支護施工過程中,經(jīng)常出現(xiàn)片幫冒頂現(xiàn)象,嚴重影響安全,為消除這些安全隱患,經(jīng)常要進行二次支護或補打錨桿(或錨索)加強支護,浪費了大量的人力、物力。煤倉下部硐室采取復(fù)合支護方式及合理的施工方法后,施工過程中未發(fā)生片幫、冒頂現(xiàn)象,硐室成型效果非常理想;硐室建成至今,未發(fā)現(xiàn)有任何裂隙和混凝土脫落現(xiàn)象。5支護圍巖,保證圍巖長期穩(wěn)定(1)松散圍巖的松、軟、散、弱等特性決定了硐室施工首先要選擇合理的施工方法和破巖方式,盡量減少對圍巖自身支承結(jié)構(gòu)的破壞,盡量保持其完整性和穩(wěn)定性,為最大限度發(fā)揮圍巖與支護結(jié)構(gòu)的共同承載作用創(chuàng)造條件。(2)錨網(wǎng)噴支護屬柔性主動支護,通過錨桿與圍巖相互作用,可將松散圍巖錨固以提高圍巖強度,形成具有一定承載能力和可塑性的組合拱結(jié)構(gòu)體來抵抗圍巖壓力。噴層和金屬網(wǎng)可及時封閉松散圍巖,有效防止圍巖風(fēng)化潮解與煤巖塊垮落造成組合拱結(jié)構(gòu)體的失效;同時,可作為臨時支護,確保后續(xù)進行的料石墻、工字鋼梁剛性支護的施工安全。(3)料石墻、工字鋼梁剛性支護可以進一步提高支架—圍巖相互作用系統(tǒng)支護的整體性和抗壓強度,在很大程度上限制了松散圍巖的塑形變形,維護了硐室在服務(wù)期