錨注支護技術在鮑店煤礦軟巖巷道中的應用

錨注支護技術在鮑店煤礦軟巖巷道中的應用

材料碎石粉的保護結構具有形狀規(guī)則、成本低等特點。通常用于各種松散和破碎的圍巖道路。然而，材料碎石粉的保護結構相對較強，允許變形量小，尤其是在動壓作用下容易發(fā)生嚴重變形破壞。特別是在修復過程中，勞動強度高，安全風險低。因此，為了確保料塊巖胡同在靜壓下的長期穩(wěn)定，應采用更好的加固方法。1地層及巷道鮑店煤礦計劃采用綜采放頂煤工藝開采1310工作面,一次采全高9.0m厚煤層,屆時必然嚴重影響工作面下方及采動影響范圍內(nèi)的整個軌道和皮帶石門的穩(wěn)定性。而該兩石門是北翼采區(qū)運輸?shù)难屎?一旦破壞將嚴重影響礦井的正常生產(chǎn);且它們均位于3煤底板太原組內(nèi)的灰黑色泥巖至五灰之間的地層中,主要巖層包括黑色泥巖、深灰色粉砂巖、淺灰色鋁土質(zhì)泥巖、薄煤層等,埋深410～430m,巖層松軟破碎,略具膨脹性,遇水易軟化,屬典型的跨采軟巖巷道;其中料石砌碹巷道500余米,已出現(xiàn)碹體開裂、破碎及底鼓,因此必須進行預加固,確保兩石門在動壓下的穩(wěn)定。另據(jù)有關資料,料石砌碹段巷道距大馬廠斷層較近,原設計采用錨噴網(wǎng)聯(lián)合支護,后因圍巖極其破碎,掘進和支護較困難,因而改為料石砌碹支護,施工期間曾發(fā)生冒頂20余次,碹體壁后多處空頂距達1～3m。2支持系統(tǒng)和參數(shù)的確定2.1錨注聯(lián)合支護對于料石砌碹巷道,可采取的加固技術措施主要包括可縮性金屬支架支護、加長錨桿及預應力錨索支護、注漿加固等。但支護實踐表明,可縮性U型鋼支架加強支護并不能滿足跨采軟巖巷道的支護要求,而加長錨桿及預應力錨索支護的前提條件是必須能夠形成鉆孔。因此宜采用錨注聯(lián)合支護進行預加固,即在料石砌碹支護的基礎上,布置注漿短管,并噴漿封閉,進行壁后注漿充填,利用漿液將料石碹體壁后極其破碎的巖石膠結成整體,以便后期打眼;然后布置注漿錨桿進行注漿,并根據(jù)需要進行掛網(wǎng)、安設鋼帶、上托盤等;工作面回采后再噴漿護面。另為減少底鼓,底角采用底角注漿錨桿進行注漿加固。軌道石門錨注預加固支護注漿短管及內(nèi)注漿錨桿布置如圖1所示。2.2注漿錨桿、預應力錨網(wǎng)錨注預加固支護所用材料主要包括注漿短管、內(nèi)注漿錨桿、金屬網(wǎng)、鋼筋帶、樹脂錨固劑、水泥、水玻璃、噴射混凝土等。其主要支護及工藝參數(shù)如下:(1)注漿短管采用?25.8mm的焊接管制作,長500mm,管體上順序鉆有?8mm的出漿孔,排距2.0m,每個斷面布置3～5個,用快硬水泥藥卷封孔止?jié){。(2)頂幫及底角注漿錨桿采用端錨式內(nèi)注漿錨桿,規(guī)格?22mm×2200mm,無縫鋼管制作,壁厚4mm,桿體上順序鉆有?6mm出漿孔,桿尾焊有麻花錨固段和擋圈,樹脂端錨,錨固力60kN,采用橡膠止?jié){塞和快硬水泥封孔止?jié){,全斷面布置,間排距1.0m×1.0m。底角錨桿距巷道底板100～200mm,傾角30～45°。(3)鋼筋帶采用?6mm鋼筋焊接而成,規(guī)格60mm×1200mm。(4)金屬網(wǎng)采用8號鐵絲編織,規(guī)格2.2m×1.2m,網(wǎng)格100mm×100mm。(5)噴射混凝土強度等級C20,初噴堵漏20～30mm,復噴30～50mm。(6)注漿漿液采用單液水泥漿,水泥為425號普通硅酸鹽水泥,水灰比0.8～1.2;漿液中添加水泥重量3%～5%的水玻璃(玻美度45)。注漿壓力1.0～1.5MPa,最大注漿壓力2.0MPa。通過試驗確定的漿液配合比及性能參數(shù)見表1。3鉆井試驗和應用3.1注漿錨桿復注利用礦井集中檢修時間打眼和安裝注漿短管,然后在保護好注漿短管的孔口后進行噴漿堵漏,再自下而上順序進行壁后注漿充填;壁后注漿充填結束后,打安端錨內(nèi)注漿錨桿進行復注。全部施工完畢后,掛網(wǎng)、安鋼筋帶和托盤。3.2注漿管路和膠管采用YT24型風鉆和風動扳手打眼、安裝錨桿和上托盤,TBW50/15型泥漿泵和KUBJ1.8型砂漿泵注漿。注漿管路采用?25mm高壓膠管和內(nèi)徑?25mm多層膠管,其它配件按設計加工;要保證管路連接安全、快速、可靠。3.3巷道短管注漿擴散規(guī)律壁后注漿充填時注漿量較大,每米巷道達1.5～2.0t水泥;復注注漿量較小,僅為0.5～1.0t。平均每米巷道約2.5t水泥。短管注漿時,隨圍巖裂隙發(fā)育程度不同,漿液的擴散范圍變化較大,最大40m,平均20m左右;復注時漿液的擴散范圍較小,平均1.0～2.0m。3.4采推進巷道變形方案實施后,經(jīng)過幾個月的綜放工作面回采推進,巷道變形量很小,沒有發(fā)生明顯的頂板下沉、噴層及料石開裂和底鼓等現(xiàn)象,保證了皮帶機正常運轉(zhuǎn)和礦車正常運輸。4巷道圍巖錨固支護性能測試為了及時了解支護結構在動壓作用下的支護性能,進行了相應的工程測試,測試內(nèi)容包括圍巖松動圈、巷道周邊收斂變形、圍巖內(nèi)部相對位移、錨桿受力及錨桿錨固力等。4.1壁后注漿錨注前后圍巖裂隙的分布規(guī)律在短管壁后注漿充填后和深部注漿且經(jīng)動壓作用后,分別進行了圍巖松動圈測試。圍巖中超聲波傳播速度與巖體的強度和完整性存在對應關系:巖體的強度越高,波速越高;巖體中的裂隙會明顯降低波速,影響聲波的正常傳播。壁后注漿充填后(錨注前)的測試結果如圖2所示,圍巖中的聲速相對較低,在0.6m范圍內(nèi)相對較完整,但超過0.6m以外,圍巖波速變化較大,說明圍巖中存在較多裂隙,個別孔深達2.9m時仍存在裂隙,因此有必要對圍巖深部進行錨注加固。對圍巖深部進行錨注加固且經(jīng)動壓作用后的測試結果如圖3所示,圍巖的聲速較上述明顯提高,一般均大于1.5×103m/s,只有極少數(shù)在1.0×103m/s左右,說明加固后圍巖的強度和整體性提高,但局部存在裂隙。4.2圖1:美國專家書法優(yōu)選擇采用位移測槍量測巷道的兩幫位移及底鼓量,量測結果如圖4所示。巷道兩幫位移和底鼓量相對較小,兩幫平均內(nèi)擠量21mm,平均底鼓量35mm,且相對集中在動壓作用期間的超前和滯后工作面100m內(nèi),后期趨于穩(wěn)定。4.3固定測點和量測結果錨注后布置圍巖內(nèi)部相對位移測點,利用三點位移計量測。位移計長度3.0m,分別在1.0,2.0和3.0m處固定測點。量測結果如表2。由表2可見,圍巖內(nèi)部各點位移量非常小,最大僅0.23mm,遠小于圍巖表面位移量,說明在動壓作用期間,圍巖的整體性較好,支護范圍內(nèi)的圍巖實現(xiàn)了共同承載和共同變形,真正形成了有效的組合拱結構,達到了錨注加固的目的。4.4錨桿錨固結構分析錨桿受力測試結果見表3,內(nèi)注漿錨桿孔口處受力較小,有些出現(xiàn)卸壓現(xiàn)象,總體變化不大,說明錨注加固后真正形成了有效的組合拱結構,荷載主要由組合拱承受,錨桿受力相對較小。內(nèi)注漿錨桿的錨固力均達到60kN的要求。5支護結構的加固(1)在料石砌碹支護的基礎上,采用注漿短管進行壁后注漿充填,再用內(nèi)注漿錨桿進行深部注漿加固后,圍巖的表面位移不大,內(nèi)部位移更小,無明顯的松動圈,控制住了巷道的底鼓,說明錨注加固有效地提高了支護結構的整體性和承載能力,真正形成了有效的組合拱結構,控制住了巷道圍巖的變形,避免了巷道的破壞和再次修復加固。(2)經(jīng)核算,在料石砌碹支護基礎上進行錨注預加固的成本(2000～2100元/m)僅為金屬支架返修成