黑龍煤化工主變電所硐室錨網(wǎng)噴支護(hù)設(shè)計(jì)

黑龍煤化工主變電所硐室錨網(wǎng)噴支護(hù)設(shè)計(jì)

自20世紀(jì)70年代以來，“錨噴”和動(dòng)壓道路的“整鏈固流”輔助技術(shù)在井巷工程的實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的效果。以其他支護(hù)技術(shù)無可比擬的價(jià)格優(yōu)勢,得到用戶的認(rèn)可,從而發(fā)展較為迅速。和一般巷道相比,硐室的斷面比較大,服務(wù)年限也比較長,并且與其他硐室、巷道相毗鄰,加之硐室本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜,受力狀態(tài)不易把握,所以對硐室的支護(hù)設(shè)計(jì)和工程質(zhì)量均要求較高。黑龍煤業(yè)的主變電所就是這類硐室,為保證主變電所設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量,保證礦井的安全生產(chǎn),并為今后的硐室布置、支護(hù)設(shè)計(jì)等提供基礎(chǔ)參數(shù),對主變電所進(jìn)行專項(xiàng)的錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)主要包括地質(zhì)力學(xué)調(diào)查、支護(hù)形式和參數(shù)設(shè)計(jì)、支護(hù)材料選擇、井下施工工藝和安全措施、礦壓監(jiān)測設(shè)計(jì)等內(nèi)容。1主供地層及隔水層黑龍煤業(yè)主變電所掘進(jìn)斷面呈半圓拱形,掘進(jìn)巷道尺寸為:巷寬5.8m,墻高1.6m,掘進(jìn)面積為22.49m2。主變電所硐室位于11號煤層底板巖層中,埋深約207m,為巖石巷道。距11號煤層約10m,硐室長度為60m,分別與主水泵房和井底車場相聯(lián),巷道布置見圖1。主變電所所在巖層主要由灰、淺灰色鋁土巖、鋁質(zhì)泥巖、泥巖、粉砂巖及灰、褐色石灰?guī)r組成。該巖層層位穩(wěn)定,厚度較大,是奧陶系巖溶水和石炭系裂隙水之間的良好隔水層。具體巖層情況見表1。2支持形式和支持參數(shù)2.1錨桿保護(hù)參數(shù)分析錨桿支護(hù)參數(shù)主要從錨桿預(yù)應(yīng)力、錨桿長度、錨桿密度、錨桿角度和錨索作用五個(gè)方面進(jìn)行分析。1預(yù)應(yīng)力選擇原則預(yù)應(yīng)力是錨桿支護(hù)系統(tǒng)的決定性參數(shù)。預(yù)應(yīng)力過低,導(dǎo)致錨桿支護(hù)產(chǎn)生的附加應(yīng)力值小,形成的壓應(yīng)力區(qū)范圍小,有效壓應(yīng)力區(qū)孤立分布,不能連成整體。在高預(yù)應(yīng)力下,錨桿支護(hù)產(chǎn)生的附加應(yīng)力場應(yīng)力值大,形成的壓應(yīng)力區(qū)范圍廣,有效壓應(yīng)力區(qū)幾乎覆蓋了整個(gè)頂板,形成有機(jī)的整體,錨桿的主動(dòng)支護(hù)作用得到充分發(fā)揮。預(yù)應(yīng)力選擇原則是:使錨固區(qū)不產(chǎn)生明顯離層和拉應(yīng)力區(qū)。錨桿直徑越大,強(qiáng)度越高,則錨桿預(yù)應(yīng)力越大。2預(yù)應(yīng)力的施加因素通過對錨桿長度分別為1.6～2.6m的應(yīng)力分布進(jìn)行分析。錨桿(錨索)直徑越大、強(qiáng)度越高和長度越大,施加的預(yù)應(yīng)力應(yīng)越高。不考慮錨桿(錨索)的預(yù)應(yīng)力而一味增加錨桿(錨索)直徑和長度,不會(huì)取得明顯效果。高預(yù)應(yīng)力的短錨桿(錨索)支護(hù)效果比低預(yù)應(yīng)力的長錨桿和錨索支護(hù)效果好。3提高錨桿預(yù)應(yīng)力的措施通過分析錨桿不同間排距的附加應(yīng)力場,可以得出:通過提高錨桿的預(yù)應(yīng)力,可增大錨桿的間排距,明顯降低錨桿支護(hù)密度。不同錨桿間距的支護(hù)附加應(yīng)力場見圖2、圖3、圖4和圖5。4錨桿角度在近水平巷道中,根據(jù)經(jīng)驗(yàn),頂板角錨桿最好垂直布置。如考慮施工需要一定的角度,最大角度不應(yīng)超過10°。5石的作用錨索與單體錨桿的作用功能是一樣的,既有加固圍巖的作用,也有懸吊下部松動(dòng)巖石的作用。兩者的區(qū)別在于錨索可以錨固在圍巖深部的穩(wěn)定巖層中,而在圍巖條件較差的情況下,錨桿由于較短,不能錨固在穩(wěn)定的巖石中,此時(shí)錨桿的懸吊作用較小,主要靠其加固作用和錨桿群的成拱作用控制圍巖變形,提高圍巖的承載能力。2.2支出設(shè)計(jì)原則支護(hù)設(shè)計(jì)的原則主要為盡量減少多次支護(hù),降低支護(hù)密度,并且盡量使錨桿發(fā)揮高應(yīng)力和高強(qiáng)度,最終使錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)符合實(shí)際和安全可靠。2.3錨桿保護(hù)方案的設(shè)計(jì)經(jīng)過數(shù)值模擬計(jì)算,確定主變電所采用樹脂加長錨固高強(qiáng)錨桿錨索組合支護(hù)系統(tǒng)。1托板、錨桿、錨索的安裝錨桿形式和規(guī)格:桿體為20號左旋無縱筋螺紋鋼筋,鋼材為335號錨桿專用鋼,長度2.4m,桿尾螺紋為M22。錨固方式:樹脂加長錨固,采用2支樹脂藥卷,1支規(guī)格為K2335,1支規(guī)格為Z2360。鉆孔直徑為28mm,錨固長度為1300mm,要求錨桿錨固力不低于105kN。錨桿配件:采用拱型高強(qiáng)度托板,鋼號不低于Q235,配合球形墊和減阻尼龍墊圈,托板高度要求不低于36mm,托板厚度不低于8mm。鋼筋托梁規(guī)格:采用D12mm鋼筋焊接而成,寬度為80mm,長度為3050mm,鋼筋托梁搭接100mm。網(wǎng)片規(guī)格:采用鋼筋網(wǎng)護(hù)頂,材料為D6mm鋼筋,網(wǎng)孔規(guī)格100mm×100mm,網(wǎng)片規(guī)格3100mm×1000mm,網(wǎng)片搭接100mm,用16號鉛絲逐孔連接。錨桿布置:錨桿排距900mm,每排9根錨桿,間距950mm。錨桿支護(hù)角度為垂直于拱面。錨桿扭矩:利用扭矩倍增器扭緊螺母,要求達(dá)到300N·m,但不超過450N·m。錨索:錨索直徑為17.8mm,延伸率3.5%,長度6300mm,鉆孔直徑28mm,采用1支K2335和2支Z2360樹脂藥卷錨固,錨固長度為1400mm。錨索托板:規(guī)格為300mm×300mm×16mm高強(qiáng)度托板,托板要求高度達(dá)到60mm,承載能力不低于260kN。錨索布置:每兩排布置3根的三花布置,間距2850mm,排距900mm。全部垂直巖面打設(shè)。錨索預(yù)緊力:錨索要求超張拉至150kN,損失后預(yù)緊力為120kN。2錨桿、預(yù)應(yīng)力管道錨桿形式和規(guī)格:桿體為20號左旋無縱筋螺紋鋼筋,鋼材為335號錨桿專用鋼,長度為2.0m,桿尾螺紋為M22。錨固方式:樹脂端部錨固,采用1支樹脂藥卷,規(guī)格為K2360。鉆孔直徑為28mm,錨固長度為826mm,要求錨桿錨固力不低于105kN。錨桿配件:采用拱型高強(qiáng)度托板,鋼號不低于Q235,配合球形墊和減阻尼龍墊圈,托板高度要求不小于36mm,托板厚度不小于8mm。鋼筋托梁規(guī)格:采用D12mm鋼筋焊接而成,寬度為80mm,長度3050mm,鋼筋托梁搭接100mm。網(wǎng)片規(guī)格:采用鋼筋網(wǎng)護(hù)幫,材料為D6mm鋼筋,網(wǎng)孔規(guī)格100mm×100mm,網(wǎng)片規(guī)格3100mm×1000mm,網(wǎng)片搭接100mm,用16號鉛絲逐孔連接。錨桿布置:錨桿排距900mm,每排每幫2根錨桿,間距950mm。錨桿全部垂直巖面打設(shè),考慮到施工需要,允許5°誤差。錨桿扭矩:利用扭矩倍增器扭緊螺母,要求達(dá)到300N·m,但不超過450N·m。巷道支護(hù)斷面見圖6。3鉆井施工和安全對策3.1單體風(fēng)動(dòng)錨桿機(jī)鉆裝錨桿主變電所所需施工機(jī)具見表2。采用江陰生產(chǎn)的MQT120型單體風(fēng)動(dòng)錨桿機(jī)鉆裝錨桿,配套鉆桿為B19型中空釬桿,鉆頭為D28mm雙翼鉆頭,用幫錨桿機(jī)鉆裝幫錨桿。3.2安裝樹脂藥卷和錨桿施工工序包括掘進(jìn)和支護(hù)兩大部分。巷道頂板支護(hù)的施工工藝流程為:掘進(jìn)—打掉危巖—出巖—鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)—上鋼筋托梁—臨時(shí)支護(hù)—鉆頂板中部錨桿孔—清孔—安裝樹脂藥卷和錨桿—用錨桿機(jī)攪拌樹脂藥卷至規(guī)定時(shí)間—停止攪拌并等待1min左右—擰緊螺母—從中向外依次安裝其它頂板錨桿。錨索施工工藝:鉆錨索孔—清孔—安裝樹脂藥卷—插入錨索并將藥卷推至孔底—用錨桿機(jī)先慢后快攪拌樹脂藥卷至規(guī)定時(shí)間—停止攪拌并等待10min左右—安裝托板及鎖具并張拉至設(shè)計(jì)值—卸下千斤頂。幫錨桿施工工藝:掛網(wǎng)—鉆孔—清孔—上鋼筋托梁安裝樹脂藥卷和錨桿—攪拌樹脂藥卷—等待1min左右—擰緊螺母—安裝其它幫錨桿。4支護(hù)初始設(shè)計(jì)礦壓監(jiān)測是動(dòng)態(tài)信息設(shè)計(jì)方法的核心內(nèi)容之一。通過測試錨桿受力和巷道圍巖位移分布,就可比較全面地了解錨桿支護(hù)的工作狀態(tài),進(jìn)而驗(yàn)證或修改錨桿支護(hù)初始設(shè)計(jì),并保證巷道的安全狀態(tài)。礦壓監(jiān)測分為綜合監(jiān)測和日常監(jiān)測。前者的主要作用是驗(yàn)證或修改初始設(shè)計(jì),后者主要是為了保證巷道安全。5監(jiān)測成果的修改反饋信息指標(biāo)數(shù)值的準(zhǔn)確性是關(guān)系到巷道錨桿支護(hù)的安全性和經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)。在總結(jié)臨汾礦區(qū)錨桿支護(hù)監(jiān)測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,結(jié)合以前的錨桿支護(hù)監(jiān)測資料,確定反饋信息指標(biāo)數(shù)值的參考值見表3。修改后的支護(hù)設(shè)計(jì)方案實(shí)施后,還應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測,評價(jià)支護(hù)效果和巷道的安全程度。對于局部特殊條件,如斷層和破碎帶,需采取特殊的方法處理。6噴混凝土作業(yè)主變電所屬于永久性硐室,服務(wù)年限很長,對全礦井開采的影響巨大。為了充分發(fā)揮圍巖的自穩(wěn)作用,快速封閉巷道表面的節(jié)理裂隙,防止煤巖的風(fēng)化剝蝕,增加巷道表面