松软破碎围岩巷道的前探支护及联合支护技术.doc

松软破碎围岩巷道前探支护及联合支护技术

樊 勇
[同煤集团宏远工程建设有限责任企业,山西 大同 037003]

摘 要 针对金业集团一矿煤矿井底车场地压大、 围岩松软, 破碎、 支护后巷道变形严重等问题, 经过对巷道围岩破坏机理分析, 确定了采取钢管帷幕法前探支护和架棚+壁后填充+喷射混凝土+锚注联合支护技术, 实践表明, 该技术有效处理了松软围岩巷道掘进、 支护难难题。
关键词 松软破碎围岩 钢管帷幕法 架棚 壁后填充 锚注 支护
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1 概 述

金业集团一矿设计生产能力为150万t/a。在开拓建井阶段, 因为井底车场巷道、 硐室所处围岩岩性以炭质泥岩为主, 受断层等地质结构影响, 井底车场岩层节理裂隙极为发育。在施工早期支护过程中, 大量破碎矸石冒落, 采取放炮后立刻喷浆方法也不能阻止矸石冒落, 巷道变形严重, 对施工生产安全造成极大威胁。按原设计支护方案, 出现巷道前掘后修、 反复修复局面, 部分巷道虽经修复, 但仍然难以有效控制巷道围岩强烈变形。为此, 在井底车场3#—4#交叉点及－405轨道大巷掘进采取钢管帷幕法前探支护进行掘进施工, 采取18#工字钢＋壁后、 巷底注浆支护技术。经过实践表明, 这种支护技术有效地处理了井底车场巷道掘进、 支护难难题。

2 地质概况及前期支护

井底车场为卧式车场, 3#-4#交叉点及-405轨道大巷是矿井运输咽喉通道, 其所处围岩岩性以炭质泥岩为主, 该岩层节理裂隙极为发育, 遇水极易泥化膨胀。该岩层位于巷道中下部, 局部巷道顶部为4-1#煤, 该煤层极为软弱, 且极易风化、 潮解, 在掘进过程中巷道围岩局部严重冒落。
井底车场3#-4#交叉点及-405轨道大巷早期采取炮掘, 最初设计为锚、 网支护, 锚杆间排距为800×800（mm）。锚、 网支护难以控制巷道围岩强烈变形, 采取了补设顶板锚索、 U型顶托梁及W型钢带支护进行修复, 并对巷道全断面进行喷射混凝土封闭, 但巷道修复后仍然出现喷层开裂、 锚索、 梁被破坏现象, 巷道两帮也显著变形, 最大变形量达成800mm。

3 管帷幕法前探支护

因为巷道围岩松软破碎, 加上掘进时放炮震动, 破碎顶板极易大面积垮落, 所以, 采取管帷幕法进行前探支护。掘进前, 先绕巷道顶板轮廓线在巷道顶部钻深3m孔眼, 插入直径50mm、 长3m钢管, 钢管间距为300mm。掘进时, 少装药、 放小炮, 每次掘进1.5m, 降低了放炮震动, 从而不增加围岩破碎。放炮后, 外露出1.5m长钢管作为前探支护, 工作人员可在钢管下进行支护作业。

4 联合支护技术

4.1 支护方法
巷道采取架棚+壁后填充+喷射混凝土+锚注联合支护技术。用架设18#工字钢棚作为基础支护, 针对钢棚壁后不均匀空隙, 同时考虑到巷道围岩裂隙十分发育实际情况, 采取充填注浆技术加固围岩, 首先可经过注浆将支架与围岩耦合为一体, 实现支架与围岩共同承载; 其次经过注浆加固围岩, 提升围岩体本身稳定性。经过巷底注浆使底板松软岩体、 注浆结石体和锚杆有机地结合成整体, 改变了岩体力学特征, 增加了岩体强度和完整性, 有效改善了底板应力状态, 控制巷道底臌, 缓解巷帮内移, 从而提升支架稳定性。
4.2 支护工艺
掘进→喷射混凝土封闭围岩→架棚→敷设金属网背板→背板后填充矸石→复喷混凝土→安设顶、 帮注浆锚杆→安设底板注浆锚杆。
4.3 技术方法
4.3.1 基础支护
巷道掘进出后, 首先喷射混凝土封闭围岩, 混凝土喷厚80mm。架设钢棚进行支护, 钢棚为四节半圆拱形18#工字钢, 钢棚间距为800mm。在钢棚后敷设金属网背板, 金属网用直径6.5mm冷拉钢筋焊接而成, 网孔为100×100（mm）。钢棚与围岩之间缝隙用矸石进行充填。矸石充填完成后, 喷射厚100mm混凝土将充填层覆盖。
4.3.2 补强支护
依据揭露巷道围岩情况表面, 围岩节理裂隙极为发育, 且3#-4#交叉点及-405轨道大巷处于应力集中区, 本身强度较低炭质泥岩很轻易屈服破碎。经过锚注加固手段不仅能够显著改善巷道围岩情况, 而且能将已经有钢棚支护承载能力深入提升。
① 巷帮注浆加固: 在距巷底500mm、 肩窝和巷顶安设6根注浆锚杆。
② 巷底注浆加固: 开挖巷底500mm深后, 用C25混凝土浇注200mm作为止浆层, 在混凝土垫层基础上进行底板注浆, 剩下300mm用道碴充填做为缓压区。
注浆锚杆直径50mm钢管加工而成, 帮部注浆锚杆长度为3000mm, 底部注浆锚杆长度为mm。锚杆前端为锚固段, 中段为长450mm带注浆孔段, 尾部有长40mm与注浆泵出浆管高压快速接头连接螺纹。注浆锚杆内锚固段采取一般快硬膨胀水泥药卷, 外锚固段采取喷射混凝土密封。采取QZB-50/6型双液气动注浆泵注浆。
注浆材料选择标准是, 浆材结石体最终强度高, 浆液流动性好, 配比易调, 浆材无毒无味、 成本低廉。依据选择标准及注浆材料性能, 选择一般425#硅酸盐水泥加水配置而成, 水灰比为0.7～0.8。
注浆压力是浆液在围岩中扩散动力, 它直接影响注浆加固质量和效果。依据注浆经验, 最终注浆压力定为≥1.0Mpa。但在注浆过程中应加强观察, 严禁进行破坏性注浆。
依据注浆经验, 结合围岩情况确定每孔注浆量大于50kg。
为了预防浆液沿弱面扩散较远, 造成跑漏浆现象, 注浆时在控制注浆压力和注浆量同时, 必需要控制注浆时间, 使注浆时间不宜过长。相反, 在围岩裂隙、 孔隙、 层位不很发育地方, 吸浆速度较慢, 注浆扩散较困难, 为了提升注浆效果, 必需在提升注浆压力同时合适延长注浆时间。依据实际情况灵活掌握, 达成注浆量、 注浆压力、 注浆时间可控性注浆。

5 效果分析

采取钢管帷幕法前探支护, 大大降低了顶板冒落, 处理了在松软破碎岩层中前探支护问题。采取浅打眼、 多打眼、 少装药, 降低了爆破对巷道围岩破坏, 控制了巷道爆破成型, 提升了施工安全性确保了安全生产。巷道采取架棚+壁后填充+喷射混凝土+锚注联合支护技术, 在3#-4#交叉点处部署10个巷道变形观察站, 为期3个月监测结果表明, 顶、 底板移近量为22mm, 巷帮移近量为16mm, 可见采取这种联合支护技术, 巷道变形量得到了有效控制。

6 结 语

松软破碎围岩层掘进、 支护问题一直是巷道掘进中难题, 经过钢管帷幕法前探支护以及架棚+壁后填充+喷射混凝土+锚注联合支护, 能改善巷道围岩情况, 提升围岩体本身稳定性, 确保了支架结构稳定性, 有效处理了松软围岩巷道变形问题。满足了工程使用和质量要求, 基础处理了松软破碎岩层掘进、 支护困难问题。

作者介绍 樊 勇 男, 1965年出生, 山西省朔州市人, 1988年毕业于阜新矿业学院采矿系矿建专业, 现在同煤集团宏远工程建设有限责任企业技术部工作, 工程师。通讯地址: 山西省大同市矿区和平街同煤大厦1107室。

（收稿日期: -09-23; 责任编辑: 王方荣）