礦井巷道穩(wěn)定性分析及支護方案研究

礦井巷道穩(wěn)定性分析及支護方案研究

0巷道圍巖大變形工程軟巖是指在工程力的作用下，可產(chǎn)生明顯的塑料變形的工程巖體。巷道開挖后,巖體的原巖應力狀態(tài)遭到了破壞,引起應力重新分布,圍巖將向巷道臨空面發(fā)生位移變形,圍巖出現(xiàn)底鼓、頂沉,縮幫等大變形特征。針對新安煤礦軟巖巷道穩(wěn)定性控制問題,提出了對該礦軟巖巷道變形機理及控制對策進行研究的必要性,結(jié)合室內(nèi)試驗、現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查、數(shù)值分析等多種手段,提出了新安煤礦深部軟巖巷道穩(wěn)定性控制的方法。1安三礦回風合成巷道菌株甘肅平?jīng)鲂掳裁簶I(yè)有限責任公司是徐州礦務集團公司在甘肅省投資的全資子公司,由在建的新安煤礦、崇信縣百貫溝煤業(yè)有限公司和山西項目部組成。新安煤礦井田面積為4.51km2,可采儲量約7425萬t,設(shè)計生產(chǎn)能力90萬t/a,設(shè)計服務年限約為58.9a。新安煤礦+535m回風石門位于礦區(qū)+535m水平,巷道賦存于粉砂巖、泥巖、細砂巖和砂質(zhì)泥巖等巖層,各個巖層沿巷道的走向和與垂直巷道走向方向均有約10°傾角,存在著膨脹性軟巖,復雜的地質(zhì)條件等問題。巷道有嚴重的底鼓現(xiàn)象,最大量達1800mm,兩幫出現(xiàn)上折或者下折,頂板出現(xiàn)較大的非對稱下沉現(xiàn)象,圍巖表面的混凝土噴層有開裂剝落、鋼筋網(wǎng)外露現(xiàn)象,部分錨桿、錨索被擠出或拉斷而失效。2巷道圍巖破壞特征通過現(xiàn)場實地調(diào)查可知,新安煤礦軟巖巷道變形破壞問題突出,主要表現(xiàn)在以下幾個方面:(1)以底鼓為主的非對稱特征。底鼓量占巷道變形量的很大一部分,底鼓現(xiàn)象嚴重,底板的破壞范圍大,呈現(xiàn)出不對稱變形特征。底鼓量平均1500～1800mm,破壞范圍占巷道1/2左右。(2)頂?shù)装迨湛s嚴重的非對稱特征。巷道表面位移為加速-緩慢減速-恒速變形型。表現(xiàn)為頂板偏左肩處呈破碎狀剝落,下沉嚴重區(qū)域呈兜狀下沉狀態(tài)。頂部變形的主要特征是頂板巖層發(fā)生比較顯著的相對錯動位移和向內(nèi)擠壓。(3)幫部嚴重鼓出并出現(xiàn)折幫。在非線性應力作用下,巖層之間的軟弱結(jié)構(gòu)面處與巖層夾角為鈍角的幫部位置出現(xiàn)向上錯位滑動或內(nèi)擠,而夾角為銳角的幫部位置出現(xiàn)向下的錯位滑動或內(nèi)擠。最大擠出量達到1200mm之多,且兩幫多為非對稱內(nèi)擠和錯位。(4)支護體失效數(shù)量多,力學破壞特征明顯。錨桿、錨索承載力較低,多出現(xiàn)拉斷現(xiàn)象,錨桿、錨索和金屬網(wǎng)的破壞特點顯示了支護體難以承受巷道圍巖的變形能力,以變形剛度和強度不協(xié)調(diào)為主要特點。3支出的設(shè)計3.1預壓焊網(wǎng)支護根據(jù)新安煤礦+535m回風石門的具體圍巖地質(zhì)條件,通過分析圍巖變形力學機制和轉(zhuǎn)化技術(shù),結(jié)合數(shù)值模擬結(jié)果,確定在新安煤礦+535m回風石門延長段采用新型恒阻大變形錨桿耦合支護設(shè)計方案,在特殊地質(zhì)地段(如遇圍巖泥化嚴重地段)對圍巖注漿加固。支護方案:(1)支護方式。恒阻大變形錨桿+φ6mm壓焊平網(wǎng)+反底拱鋼砼+噴射C20混凝土支護;(2)設(shè)計斷面。半圓拱巷道,墻高1600mm,拱半徑(凈)2350mm;(3)支護材料及參數(shù)。(1)錨桿:采用HMG-500型恒阻錨桿,直徑22mm,長度為3000mm,鉆頭選用直徑35mm合金鉆頭,錨桿間排距為1000mm×1000mm,平行布置。錨桿采用樹脂藥卷端頭錨固,每孔采用1根CK2870(里)、1根Z2835(外)樹脂錨固劑。(2)底板加固:采用φ22mm螺紋網(wǎng)綁扎現(xiàn)澆砼支護,綁扎間排距為300mm×300mm,單層鋼筋網(wǎng),鋼筋搭接時搭接長度不小于400mm。(3)金屬網(wǎng):采用φ6.0mm壓焊網(wǎng),網(wǎng)片尺寸為1000mm×2200mm,網(wǎng)格尺寸100mm×100mm,網(wǎng)片搭接100mm,網(wǎng)與網(wǎng)之間通過專用聯(lián)網(wǎng)器鉤扣聯(lián)結(jié),連接點間距不大于200mm。(4)混凝土:噴射混凝土強度等級為C20,內(nèi)摻防水劑。(4)方案斷面支護示意圖如圖1所示。3.2施工過程的設(shè)計3.2.1錨桿鉆機注意事項嚴格按爆破圖表要求布置炮眼、安裝炸藥等工作,做好光面爆破,確保有良好的成型,然后初噴60mm混凝土、掛網(wǎng)、安裝長度3m恒阻大變形錨桿、復噴40mm混凝土。(1)錨桿施工準備工作。按設(shè)計圖布置眼位,并用手鎬刨出眼窩,在釬桿上做好鉆深標記;準備好風管、水管及錨桿鉆機等工具。(2)恒阻大變形錨桿施工順序。錨桿鉆機試運轉(zhuǎn);根據(jù)眼位,鉆頭放入眼窩后,啟動手柄開關(guān);按設(shè)計的角度和方向鉆進打眼,直至達到要求深度;安裝錨固劑,1根CK2870(里)、1根Z2835(外)樹脂錨固劑;用錨桿鉆機將桿體旋進巖孔,然后依次安裝托盤、螺母。(3)施工注意事項。點眼或打眼過程中,不準用手直接扶或托鉆桿和用手掏眼口的巖粉;打完眼后,先停風后停水;安裝錨固劑前須用壓風將巖孔內(nèi)的巖屑清除干凈;安裝后,托盤應在噴射混凝土面或巖面平整處,以使承載力均勻分布,防止壓力傳遞,造成錨桿產(chǎn)生彎曲應力;錨桿安裝技術(shù)偏差嚴格控制在《錨桿支護技術(shù)規(guī)范》要求范圍內(nèi)。3.2.2第二次支護施工在第一次支護的基礎(chǔ)上挖底(三心拱,最低處1200mm)、綁扎φ22mm螺紋網(wǎng)底板澆筑砼。第二次支護施工要求及注意事項:按設(shè)計要求挖出三心拱面或用噴砼造面;鋼筋距巷道底板不低于200mm;鋼筋搭接長度不得小于400mm;鋼筋在巷道兩幫處進入墻里不小于150mm;鋼筋十字交叉及搭接處必須用鐵絲綁扎牢固;嚴格按設(shè)定配合比攪拌混凝土,澆筑時必須采用震動泵進行震動。3.3圍巖位移近量和穩(wěn)定性通過現(xiàn)場對巷道圍巖位移量的監(jiān)測,巷道施工后的前4～20d為圍巖變形的急劇變形期;掘進20～80d為變形減緩期,圍巖移近量逐漸減小并趨于穩(wěn)定;掘進80d之后圍巖基本處于穩(wěn)定狀態(tài),可以基本認定巷道在80d左右已經(jīng)趨于穩(wěn)定。從監(jiān)測曲線來看,恒阻大變形錨桿+φ6.0mm金屬網(wǎng)+底板鋼砼+噴射混凝土支護從根本上控制了回風石門延長段的非線性大變形,同時保證了巷道全斷面的穩(wěn)定。4板鋼砼+金屬網(wǎng)+混凝土支護方