围岩巷道支护技术及展望【复杂地质条件下破碎围岩巷道支护加固技术研究与应用】
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时间:2019-04-14
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摘 要:以霄云煤矿1301轨道顺槽巷道工程为例,介绍了断层破碎带和高冒区巷道支护加固技术的应用,重点说明了减小巷道掘进循环进度,放炮后及时喷射混凝土,冒顶区及时施工撞楔,帮部补打锚索及严格控制巷道高度等施工措施。通过采取以上措施很好地控制了巷道围岩变形,取得了良好的效果。 关键词:井巷工程;断层破碎带;撞楔;支护 一、概述 1301轨道顺槽位于霄云煤矿一采区西侧,最近处距DF61断层(H=40~200m)91m。巷道设计为矩形断面,净宽×净高=3400mm×2800mm,锚网梯支护,锚杆选用Φ20×2100mm左旋无纵筋细丝螺纹钢锚杆,锚杆间排距800×800mm,沿3煤顶板掘进。 二、巷道破坏原因分析 1301轨道顺槽由于距离DF61大断层较近,巷道内次生断层异常发育,工作面岩性处于半煤岩和全岩交替状态,始终未进入稳定煤层。且受大断层拉伸、挤压等应力影响,岩石硬度差,破碎易风化,局部地区出现了倾角80°左右的断层面并含有煤粉、泥岩夹层。巷道掘进时多次出现煤炮,在很短的时间内即出现顶板下沉、两帮外凸等压力显现。巷道变形严重(见图1),失修率较高,现有支护方式已经远远满足不了围岩控制要求。 三、支护加固方案优化 为加强巷道支护强度,现场采用喷浆、补打帮部锚索和撞楔法过高冒区等加固措施,很好地控制了巷道围岩变形,取得了良好的效果。 1.巷道断面修改为直墙半圆拱,支护方式为锚网喷(初喷)+锚索 由于围岩为断层破碎带不规则的泥岩夹层,岩石破碎,自稳能力差,遇水易风化。为及时封闭围岩,避免岩石风化冒落并阻止破碎带向深部扩散,采用一掘一喷的方式掘进,围岩条件较好时先锚后喷,条件较差,破碎较严重时采用先喷后锚的方式,并严格控制迎头生产用水,避免大量水溅到围岩上,影响到围岩的物理强度。 顶板岩石的整体性较差,造成矩形巷道顶板易出现挠度较大的下沉,并在锚杆末端出现离层。而拱形巷道的围岩加固效果要明显优于矩形巷道,为增强巷道的力学效果,将巷道断面修改为直墙半圆拱,并在巷道正顶及两肩窝处补打锚索加强支护,在巷道前进方向上每两根锚索共用一根由11#槽钢制作的锚索梁,锚索规格为Φ17.8×5000mm,间排距2400×2000mm,呈“”一二一”交替迈步前进。 在放炮掘进方面,采用多打眼、少装药,短掘短支,风手镐刷大断面的方法,严格控制巷道成形。支护时尽量使用锚索机打眼,岩石硬度小时严禁用风钻,选用帮部锚索机或风煤钻以减少对围岩的震动冲击。 2.两帮变形移近量大时更换长锚杆,并补打帮补锚索 1301轨道顺槽前620m为平均14°的下山,之后逐渐转为上山,为了满足轨道运输需要,在最低点处做一平车场。由于顶煤难留,大部分巷道都超高严重。受断层破碎带及顶板淋水影响,两帮稳定性差,围岩遇水膨胀,掘进后很短时间内即出现两帮外凸,移近量明显增大的压力显现。而且锚杆随帮部整体移动,说明破碎带已经发展到2m以外。为了加固围岩,提高围岩的自稳能力,使用长锚杆+锚索主动支护形式,对两帮加固,具体措施如下: ①锚杆长度增加至2.4m并全长锚固,帮部锚索规格为Φ17.8×3200mm,锚固剂用量不少于三棵,在帮部距底板2m位置开始打注,巷道高度大于3.5m时在第一棵锚索与顶板中间位置再增加一棵。锚索排距为2m,沿巷道前进方向每两棵锚索使用一根锚索梁。 ②在出水点处设置导管引水,将水管埋入巷壁并喷浆掩盖,水直接排入水沟,避免了渗水向围岩深部扩散造成吸水膨胀的情况,同时也对淋水恶化工作环境的状况得到缓解。 ③严格控制巷道高度,正常情况下保证巷道高度不大于3m。 围岩加固后在现场选择5组点(每隔7m选一组)进行两帮移近量观测,通过连续15天观测,变化情况如上图。通过上图可以看出,围岩加固后13天内两帮移近量逐渐增加,之后则趋于稳定,巷道总变形量在设计要求范围之内。 3.撞楔法顺利通过高冒区 巷道掘进至718m处时遇一落差为3.5m断层,前方煤层上抬,受断层拉伸影响断层面处巷道出现冒顶,最高处达2.1m。为了防止冒顶区扩大,及时对全断面进行了锚网喷支护。在通过冒顶区时主要采用了撞楔法,并对顶板进行特殊保护。 ①在冒顶区前方的立面上画出巷道轮廓线,在轮廓线上每隔400mm向前进方向打注一棵支护锚杆,锚杆微向外张开,压上钢筋梯后上紧达到预紧力。 ②执行好短掘短支措施,单轮循环只掘进一排,掘完一排后立即进行永久支护,将撞楔用的锚杆托在锚网梯之外。 ③加工制作拱形锚索梁,一梁三棵锚索,锚索间距1.2m,每排都紧跟锚索支护至迎头。 ④每掘进两排即进行一次撞楔,直至顶板锚杆全部锚入稳定岩层为止。 ⑤耙装作业时严禁将回头轮固定在顶板上,以防顶板额外受力下沉。 四、结论与建议 过断层破碎带,采用爆破法落煤岩时,要尽量少打眼、少装药,放小炮,尽量保持围岩的稳定性,降低对围岩的震动破坏。在断层中掘进,应做到一次成巷,尽可能缩短围岩暴露时间,减小顶板出露后的挠曲离层,提高顶板的稳定性。 喷射混凝土能使喷层与岩石的粘结力和抗剪能力一起抵抗围岩的破坏,放炮后及时喷射混凝土能防止围岩风化冒落,阻止破碎带向深部蔓延,形成相对封闭的保护层。 实践证明,过断层时,减小巷道掘进循环进度,放炮后及时喷射混凝土,冒顶区及时施工撞楔,帮部补打锚索及严格控制巷道高度大大提高了巷道的稳定性,控制了围岩的变形,对其他巷道的支护设计起到了很好的借鉴作用。
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