高应力条件下喷射高强混凝土在软岩巷道中的应用.pdf

2 0 1 0 年第 1 期 中州煤炭 总第 1 6 9 期 高应力条件下喷射高强混凝土 在 软岩 巷道 中的应 用 岳 拥 军 ( 河 南 煤 业 化 工 集 团 焦煤 公 司赵 固 一矿 ， 河 南 新 乡4 5 3 6 3 4 ) 摘要 ： 在高应力条件下 ， 采用普通锚 网喷 支护巷道不 能有效解决 巷道 大变形支 护 问题 ， 通 常需要进 行 二次 u 型钢架棚支护 ， 但此种方式成本高且 费时费力。针 对该问题 ， 介 绍 了赵 固一矿东 翼辅助 回风巷在 采用锚 网支 护 的基础上 ， 提高喷射混凝土强度 的做法 。 关键词 ： 高应力； 软岩巷道 ； 锚 网； 高强混凝 土 中图分类号 ： T D 3 5 3 5 文献 标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 3 0 5 0 6 ( 2 0 1 0 ) 0 1 0 0 4 7 0 2 赵 固一 矿设计 生 产能 力 为 2 4 0万 t a ， 根 据该 矿 目前生 产状 况及 生产 任务 ， 结合 矿井 东 、 西两 翼地 区 的采掘 布置 ， 对矿 井 需 风 量 及 回 风 巷道 断 面 进 行 了 计 算 ， 经验 算 现 有 总 回风 大 巷 风 速 超 过 煤 矿 安 全 规程 的要 求 ， 不 能 满 足生 产 要 求 。 由于 总 回 风 巷 的二 次 支 护 采 用 的 是 3 6 U型 钢 支 护 ， 巷 道 扩 刷 困 难 ， 且通 风要 求 的巷 道 断 面 大 ， 难 以支 护 ， 因此 决 定 施 工东 翼辅 助 回风巷 ， 以减 小 总 回风大 巷风 量 ， 降低 总 回风 大巷 风速 ， 确 保矿井 安 全生产 ， 为建设 高 产高 效矿井 提供 有力 的通 风保 障 。 l 地 质 概 况 赵 固一 矿 煤 层 赋 存 稳 定 ， 产 状 为 $ 4 2 。一5 O 。 E 0 2 。3 8 。 ， 煤 层 总 厚 6 0 06 5 9 m， 平 均 厚 度 6 2 0 m。煤层 结构简单。基本顶 ： 大 占砂岩 ， 厚度 l 3 7 3 m， 深灰 色 ， 以石 英 为 主 ， 裂 隙 发 育 ， 呈 块 状 。 直接顶 ： 泥 岩 、 砂 质 泥 岩 ， 厚 度 0 4 7 3 m， 灰 黑 色 ， 致 密 ， 水 平层 理 ， 厚 度 变化 大 。伪 顶 ： 泥岩 ， 厚 度 0 0 3 9 m， 黑 色 ， 含植 物化 石及 炭质 。直 接底 ： 泥 岩 、 砂 质泥岩 ， 厚 度 l 2 8 8 m， 灰 黑 色 ， 致 密 ， 水 平 层 理 。基 本底 ： L 。 灰 岩 ， 厚 度 1 9 9 m， 深 灰 色 ， 隐 晶质 ， 具 裂 隙 。 2巷道布置 、 断面形状及规格 的选 择 ( 1 ) 巷道 布 置 。 由 于 矿 井 主要 运 输 、 回 风 大 巷 均 为煤 巷 ， 沿煤层 顶板 布 置 ， 且 可 以利 用原 东翼 回风 收 稿 日期 ： 2 0 0 91 1 1 6 作者简 介：岳 拥军 ( 1 9 8 2 一) ， 男 ， 河 南焦作人 ， 助理工 程师 ， 2 0 0 8年 毕业于河南理工大学 ， 现从事矿井设计与技术管理工作。 大巷 ( 现 在为 闲置 巷道 ) ， 因此 决 定 东 翼 辅助 回风 巷 布置 在煤 层 中 ， 南端 与东翼 回风大巷 相 连 ， 向北 跨 过 东翼 轨道 运输 大 巷 ， 通 过 设 置 风桥 越 过 东 翼 胶 带 运 输 大巷 与东翼 胶 回联 络巷 相 连 ， 然 后 与原 东 翼 回风 大巷 相通 。 ( 2 ) 断面 形状 及规 格 。结合 东 翼 辅 助 回风 巷 将 来担 负矿 井东 翼 回风 任务 ， 矿井 东 翼 轨 道 运 输 大 巷 和原 东翼 回风大 巷 穿 层部 分 的工 程 实 践 ， 以及 巷 道 布置 于东 翼 3条大 巷 之间 ， 且地 质情 况相 对清 楚 ， 因 此选 择半 圆拱 断 面 。经计 算 ， 巷 道 断 面应 不 小 于 l 4 m ， 决 定巷 道规 格 为净 宽 4 7 0 0 m m， 净 高 3 5 0 0 m m， 墙高 1 1 5 0 mm。 3支护方式及 参数 ( 1 ) 支 护 方 式 选 择 。 由于 矿 井 顶 板 基 岩 薄 、 埋 深大 、 应力高 、 压力大， 矿井大部分 主要巷道 的支护 方式 为 ： 一 次 支 护 为锚 网 ( 索 ) 喷 支 护 ， 喷 射 混 凝 土 强度 C 2 0 ； 二次 支 护 为 3 6 U可 缩性 环 形封 闭支 架 支 护 。但 是 此 种 支 护 方 式 投 入 人 工 多 、 工 期 长 、 费 用 高 ， 因此 探索 在此 种 地质 条件 下优 化支 护方 式 ， 在 允 许 巷道 适量 变形 的情 况 下 控 制 围岩 变形 ， 降低 支 护 费用 成 为建 设高 产高 效 矿井 亟待解 决 的 问题 。 锚 网喷的作用表现在 4个方面 ： 及时封闭围 岩 ， 防止围岩风化 ， 强度降低 ； 适当厚度喷层具有 一 定的柔性 ， 能够随围岩岩面位移而位移 ， 并在位移 过程 中提供支护力 ； 改变围岩的受力状态 ， 使二 向 受力状态变为三向受力状态 ， 使围岩相对稳定 ； 喷 层能够与围岩紧密结合 ， 形成组合拱共同承载应力。 在 高应 力 的 条 件 下 初 喷 C 2 0混 凝 土 不 能 有 效 4 7 2 0 1 0 年第 1 期 中州煤炭 总第 1 6 9 期 地提供 较高 的支 护力 ， 且 复 喷 C 2 0混凝 土 也 不 能抵 抗 平衡 围岩 有害变 形 强 度 ， 因此 决定 在 锚 网 喷支 护 理论 指导下 ， 提高 喷 混凝 土 强 度 以 弥补 巷 道 支 护强 度不 足的 支 护方 式 。 即采 用 锚 网 ( 索 )+喷 射 高 强 混凝 土联合 支护 。 ( 2 ) 支 护 材 料 及 支 护 参 数 。锚 杆 采 用 等 强 锚 杆 ， 规 格 2 0 mm 3 0 0 0 mm， 间排 距 8 0 0 mm8 0 0 m m， 每 根锚杆 使用 2支 Z 2 3 5 0型 树 脂 锚 固 剂 ， 锚 杆 预 紧扭矩不 低 于 2 0 0 N m； 锚 索 采用低 松弛 高强 度 预 应力 钢绞线 加工 ， 规格 为 ( 2 j l 7 8 m m X 8 3 0 0 m m， 强 度 l 7 2 0 M P a ， 间排距 均 为 1 6 0 0 m m， 每根 使用 4支 Z 2 3 5 0型树脂 锚 固 剂 ， 锚 索 预 紧力 不 小 于 1 2 0 k N 。 钢筋 梯采用 ( z j 1 4 m m 圆钢 加工 而 成 ， 规 格 l 6 7 0 m m 7 0 m m； 网片 采 用 6 m m 冷 拔 钢 筋加 工 而 成 ， 网 格 1 0 0 mm1 0 0 m m， 规 格 l 1 0 0 m m 2 1 0 0 mm( 图 1 ) 。 混凝 土初 喷厚 度 为 7 0 m m， 复 喷 厚 度 1 0 0 m m； 混凝 土强 度 C 4 0， 混凝 土拌 料 选 P 0 4 2 5普 通 硅 酸 盐水 泥 ， 砂 为机 制 中砂 ， 石 子粒径 51 0 m m， 速凝 剂 型 号为 J 8 5型 ， 混 凝土质 量 配 比水 泥： 砂 ： 石 子 ： 增 强 剂 =1 ： 2 ： 2 ： 0 1 ， 水灰 比0 5 3 ， 速凝剂掺量为水泥用 量 的 4 。 图 1支 护 方 式 示 意 4施 工 方 法 采用 预 留光 爆 层 光 面爆破 法 施 工 ， 巷道 全 断 面 掘进 ， 一掘 一锚 。第 1遍锚 网索 紧跟掘 进面 ， 第 2遍 网 、 钢筋梯 和喷 混凝 土滞后 掘 进 面不 大于 2 0 m。先 打锚杆 ， 挂第 1遍金属 网并 上紧 ， 拱部打 5根点锚 索 ， 喷混凝 土 7 0 mm覆盖 锚 网索 。根据 矿压 观 测 结 果 ， 当 围岩 变形量 基本 达到 预 留变形后 ， 再全 断 面挂 第 2遍金属 网、 压 钢筋 梯 并上 紧 ， 复 喷 l 0 0 m m 厚 的 48 混凝土 成巷 。 5巷道变形监测 为 有效 掌握 巷道变 形情 况和支 护对 巷道 围岩变 形 的影 响 ， 在试 验 巷道 中 ， 每 间 隔 2 0 m 布 置一 测 站 进 行相 应监 测 。将 现场 实测 数据整 理分 析可 知 ： ( 1 ) 由于前 期 巷 道 掘 进 施 工 ， 释 放 了 围岩 变 形 能 ， 围岩 三 向稳定 受 力 状 态变 为初 喷 后 的三 向不稳 定状 态 ， 变形量 、 变形 速度 均 比较 大 。但 此变 形量在 软岩支护设计预留变形量范围之内， 属于有利变形。 ( 2 ) 复 喷后 ， 在连 续 观测 中围岩 变形 显 著 下 降 ： 巷道平 均 变形速 度 1 mm d ， 围岩变形 量及变 形速度 较小 趋 于 稳 定 。显 然 ， 锚 网 支 护 后 的 锚 固 承 载 体 ( 包括 锚杆 及 附 属 构 件 和 围岩 ) 与 提 高 喷 混凝 土强 度后形 成 的组合 拱结构 使 同岩受 力形 成相对平 衡状 态 ， 巷道 围岩变 形得 到 了有 效控 制 ， 巷道支护 效果 较 好 。 ， 6 效 益 分 析 ( 1 ) 经 济效 益 。根 据 统 计 ， 巷 道 原 一 次支 护成 本 为 4 6 1 3元 m， 二 次支护 成本 为 1 3 3 4 7元 m。此 次支 护成 本为 1 5 2 1 2元 m。直 接节 省成本 =( 原一 次支 护成 本 +二 次 支护 成本 一此 次支护 成 本 )巷 道 长度 3 0 5万 元 。优 化 支 护 方 式 后 直 接 创 造 经 济效益 3 0 5万元 ， 支护成本降低 1 5 3 。 ( 2 ) 社会效益 。安全历来是煤矿生产的重 中之 重 。众所 周知 ， U型钢封 闭支 护架设 费时 费力 ， 新 支 护形 式 的应用 ， 缩 短 了施工 工期 ， 使矿 井能够 尽早解 决通 风安 全 问题 ， 保 障工人 生命 安全 ， 对促进 煤矿 安 全生 产具 有重要 的现 实意 义 。 7 结 语 锚 网喷支 护是 目前煤 矿巷 道支 护 中应用 最广 泛 的支 护技术 之一 ， 支 护优 势 非 常 明 显。但 在 复 杂地 质条 件下 围岩控 制 效 果不 佳 ， 常常 需 要进 行 二 次 架 棚支 护 ， 且 施工 工 期长 ， 对 矿 井 运 输 、 通 风影 响 比较 大 。根据混 凝 土能够 “ 先 柔后 刚 ” 的支 护特 点 ， 提 高 混凝 土强 度可 以在 围岩得 到适 当变形 释放 能量后 增 强支 护强 度 ， 改 善 围岩受力 状 态 ， 使 围岩变 形得 到有 效控制。所以锚网 +锚索 +高强混凝土联合支护技 术在 同类 巷道 中具 有广泛 的应 用前 景和推 广价 值 。 ( 责 任 编辑 ： 秦 爱新 )