大断面巷道过陷落柱构造围岩支护技术研究.pdf

充煤黑豹杯参评论文41煤矿支护2023年第3期大断面巷道过陷慈柱构造围岩支护技术研究倪伟（山东滕州辰龙能源集团有限公司，山东枣庄2 7 7 5 0 0）摘要要针对某矿辅助回风巷过陷落柱时掘进速度慢、围岩变形破坏严重等难题，分析了陷落柱段巷道围岩变形破坏特征，提出了锚杆索十钢筋网十钢带十注浆联合支护技术，应用结果表明：采用联合方案后，巷道顶板、底板、左、右两帮变形量分别约为113mm、7 8 m m、6 5 m m、8 6 m m，围岩变形量均处于变形允许范围内，该技术可有效控制巷道过陷落柱时巷道围岩的变形破坏。关键词陷落柱；围岩变形；联合支护1引言在煤系地层中经常会出现沉陷柱等构造，陷落柱的内部一般主要由散落体或者软弱岩体组成。在井下煤矿的开采过程中，经常会不可避免的穿越陷落柱影响区域，在这些区域范围内，巷道围岩变形严重、围岩破碎、维护困难、直接影响煤矿的安全生产。一般采用设计方案进行施工穿过陷落柱，其给巷道围岩的维护管理带来较大困难，巷道穿陷落柱段，巷道支护方法一般采用架棚，同时在巷道表面喷射混凝土的支护方案，该支护方案在巷道后期的运营过程中会出现较大的变形破坏，影响煤矿的生产。根据某矿9 号煤层的实际状况，以辅助回风巷过陷落柱段为工程背景，对陷落柱影响下的巷道围岩控制进行探究，并提出支护技术方案，以期降低施工风险，保证巷道通过陷落柱影响区域时的施工安全以及巷道围岩的长期稳定。既保证矿井的安全生产，又提高了矿井的经济效益。2工程概况某矿9 号煤煤层倾角最大9，最小0，平均5，煤层总厚度约5.6 m。9 号煤辅助回风巷断面形状设计为矩形，尺寸为长高=6.04.0m，标高为+36 5 m+5 0 2 m，其掘过程中时会受到陷落柱构造的影响，辅助回风巷的基本顶为粉砂岩，厚度为5.89m，直接顶为泥岩，厚度为1.0 m，基本底为粉砂岩，厚度为2.6 m，直接底为泥岩，厚度为1.2 m。地质勘探资料显示，回风巷在距辅助回风巷约10 0 m处，会遇到Z13陷落柱，该陷落柱长轴约6 0 m、短轴约4 0 m，陷落柱较发育，呈倒楔状，陷落角度约为6 0 左右，岩性以二叠系上石盒子组泥岩碎块为主，并有少量灰色泥岩，极不稳定。在辅助回风巷的Z13陷落柱处采用应力释放法进行现场实测，实测数据显示Z13陷落柱的平均垂直应力值为12.8 MPa，平均水平应力值为 11.9 MPa。3陷落柱段巷道围岩变形原因巷道围岩陷落柱范围内的岩体受力复杂，岩体的稳定性以及完整性差，巷道围岩支护难度大，变形破坏严重，与巷道软质围岩的破坏特征相似，二者得变形都具有流变现象，这将直接影响矿山生产。因此，通过422023年第3期煤矿支护陷落柱结构开挖巷道时，应采用特殊的巷道围岩控制技术来保证巷道围岩的安全。陷落柱段的围岩的应力和性质是决定其稳定性的关键因素，由新奥法支护理论和注浆加固理论可知，利用锚杆索与注浆浆液相结合的方法，既可以对岩石的结构和性能有一定的改善，提高陷落柱段岩石的抗剪切能力，又可以提高其的承载能力和完整性，在一定程度上减少围岩的变形。所以，某矿辅助回风巷道过陷落柱段围岩支护技术确定为“锚杆索十钢筋网十钢带十注浆”的联合支护技术方案。4过陷落柱区域巷道联合支护技术4.1锚杆索支护辅助回风巷道过陷落柱段采用矩形断面，断面尺寸为长高=6.0 4.0 m，采用锚杆索十钢筋网十钢带十注浆联合支护技术，如图1所示。SKP17.8-1/1860-1X19X6800mm222200m高强度高强度低松弛预应力锚索左旋无纵筋螺纹钢锚杆中2 2 2 4 0 0 m高强度左旋无纵筋螺纹钢罐杆2000222200m高强度300.900900900900900.300左旋无级筋螺纹钢罐杆风筒托盘/减摩挚屋六边形网3-280-4.5X4800m的钢摄电缆约1850700900165090048005100图1巷道联合支护方案图顶板支护：顶板锚杆采用$2 2 2200mm的螺纹钢锚杆（两边角锚杆采用p222400mm的螺纹钢锚杆）。锚杆排距900mm，间距9 0 0 mm，“六六”矩形布置。边角锚杆和顶板角度不小于7 5，其余均垂直于顶板布置，每根螺纹钢锚杆配套规格为15 0 15 0 10 mm的可调心拱形高强度托盘，球形垫圈配减摩垫圈叠加安装，每根锚杆配套使用两支药卷，上部一支为CK2355的药卷，下部一支为K2355的药卷，每排锚杆配套使用BHW280一4.5 X4800mm的钢带。锚杆预紧力矩30 0 Nm，锚固力19 0 kN。帮锚支护：两帮锚杆采用9 2 2 2200mm的螺纹钢锚杆进行支护，间距1000mm，排距9 0 0 mm，“三三”矩形布置。每根锚杆配套使用2 支K2355树脂药卷，锚杆安装时采用BHW280一4.5 X400mm的钢带托板（钢带托板眼为椭圆形孔，规格为4 0 8 0 mm）与15 0 15 0 10mm的可调心拱形高强度托盘，球形垫圈配减摩垫圈叠加安装，钢带托板要密贴煤帮，不松动，锚杆预紧力矩30 0 Nm，锚固力19 0 kN。顶板锚索：锚索全部采用?2 1.8 7300mm的高强度低预应力锚索，锚索“二二”矩形布置，间距2 0 0 0 mm，排距为1800mm。锚索托板采用长宽厚=30 0X300X14mm的拱形高强度铁板，球形垫圈配减摩垫圈叠加安装，每根锚索配套使用三支药卷，上部一支为CK2355的药卷，下部为两支为K2355的药卷，锚索预紧力200kN，锚固力36.3T。顶、帮网：顶板铺设长宽=5 5 0 0 1100mm的六边形金属网；两帮铺设长宽=29001100mm的六边形金属网，铺好后必须及时联网，铺网时要求网与网搭接，搭接宽度5 0 mm，并采用16 双股铅丝扭接不少于三圈，联网距不大于2 0 0 mm。W钢带：运输巷采用BHW-280一4.5X4800mm的W钢带，与矩形布置的锚杆配套使用。4.2注浆支护4.2.1注浆参数根据对Z13陷落柱顶部岩体的勘测可以发现，其最大破碎深度达3.1m，且破碎较为严重，所以确定在过陷落柱的前10 m开始对顶板破碎岩层进行注浆加固。通过陷落柱期间，每两排施工1根注浆锚索，注浆锚索布置于两排支护锚索中间，即与支护锚索“二一”花型布置。每根锚索均垂直于顶板布置；施工中过程中采用成组注浆的办法，即整体施工锚索后，再一次43煤矿支护2023年第3期性注浆。注浆锚索孔施工方式、锚固方式，锚索铁板、锚具使用方式与高强锚索相同。注浆材料选用PO42.5MPa的普通硅酸盐水泥，水灰比=0.7：1，注浆泵压力为2.5MPa左右，在注浆过程中要按逐排逐孔、由低到高的施工顺序注浆。4.2.2注浆施工工序打眼一树脂药卷锚固（同时在锚索末端500mm处安缠绕编织袋）一锚索搅拌凝固一上止浆塞一安装铁板、锁具一锚索千斤紧固锚索。当孔口破碎成喇叭口时止浆塞应适当地缠绕棉纱。如果止浆塞周围存在空隙，要用棉纱塞紧。最后要确保锚索托板紧贴岩面。5工业性试验将锚杆索十钢筋网十钢带十注浆联合支护技术应用于辅助回风巷过陷落柱段，并在巷道掘进施工过程中采用“十字布点法”监测巷道顶底板及两帮的围岩变形情况。顶部测点布置在巷道中心线上，帮部测点布置在距巷道地面1m的位置处，顶帮测点布置在同一断面内，底板监测点采用铁钎，钉人底板围岩内的长度为2 5 0 mm，围岩观测站按每周1次进行测读和记录。巷道变形曲线如图2 所示。由图2 可以看出，在巷道掘进完成的前49d，巷道顶底板及两帮的围岩变形速率不断增大，之后逐渐趋于稳定。巷道顶板最大下沉量约为113mm，相对较大，但顶板未出现破坏和冒落现象；巷道底板底鼓量最大约为7 8 mm，相对较小；巷道左、右帮围岩变形最大约为6 5 mm、8 6 m m；围岩变形量均处于变形允许范围内，表明了辅助回风巷过陷落柱范围内采用联合支护技术参数的合理性和可靠性。6结论以某矿辅助回风巷过陷落柱段为工程背景，对围岩控制及支护技术展开研究，得出12010080/6040一顶板一左帮一右帮20一底板007142128354249566370778491观测天数/d（a）巷道围岩位移变化曲线605040(P/u）率联程30顶板20左帮一右帮一底板10007142128354249566370778491观测天数/d（b）巷道围岩位移速率变化曲线图221106运输巷掘进期间围岩位移监测结果以下主要结论：基于陷落柱区域巷道围岩变形破坏特征，确定了过陷落柱段巷道“杆索十钢筋网十钢带十注浆”联合支护方案。现场监测结果表明，陷落柱影响下采用该联合支护方案可有效控制围岩变形，保证了巷道的长期稳定，具有广泛推广意义。作者简介倪伟（19 8 1一），男，山东枣庄人，山东科技大学采矿工程专业本科学历，现任山东滕州辰龙能源集团有限公司经济运营部长，兼郑城县东方矿业有限公司总经理。（收稿日期：2 0 2 3年0 5 月11日；责任编辑：杨向民）