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深部巷道劣化機(jī)理及修復(fù)加固 技術(shù)研究

作者:煤礦安全網(wǎng) 2018-07-12 20:03 來(lái)源:煤礦安全網(wǎng)

?深部巷道劣化機(jī)理及修復(fù)加固?技術(shù)研究

? ? ? ? ? ? ? ? ? ??興隆莊煤礦綜掘二區(qū)唐瑞成

?? ?本文介紹了深部巷道劣化的主要因素及機(jī)理,找出了巷道劣化的主要特征,對(duì)巷道開(kāi)拓布置、支護(hù)設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)作用,總結(jié)的加固技術(shù)有較好的推廣價(jià)值。

?關(guān)鍵詞???? ?巷道劣化? 加固技術(shù)? 錨網(wǎng)噴支護(hù)? 變形觀測(cè)? 圍巖松動(dòng)圈

?概述興隆莊煤礦七采區(qū)邊界泄水巷于2003年開(kāi)掘,位于七采區(qū)南邊界的-550水平,大致沿邊界煤柱掘進(jìn),層位上在山西組3煤底板和太原組三灰之間的巖層中掘進(jìn)。到2013年,巷道出現(xiàn)了嚴(yán)重變形和破壞,主要表現(xiàn)為:底臌嚴(yán)重,拱頂破壞嚴(yán)重、兩幫破壞嚴(yán)重,局部地段兩幫大面積片落,還有大量水平及縱向開(kāi)裂,使得巷道被斷裂切割的縱橫交錯(cuò)。

一、巷道劣化機(jī)理

1.1巷道劣化原因分析

1.1.1地質(zhì)因素:七采區(qū)邊界泄水巷位于3煤和3灰之間巷道穿層的巖性主要為粉砂巖、煤、粘土巖、泥質(zhì)粉砂巖、中細(xì)砂巖及黑色粉砂巖。這些巖石中有些比較堅(jiān)硬,有些則比較軟弱。從巷道變形破壞來(lái)看,位于軟弱層位的巷道普遍劣化嚴(yán)重,而處于堅(jiān)硬巖石層位的巷道,雖也有一定程度的變形,但劣化程度較輕,并且整條泄水巷的劣化也基本遵從這一規(guī)律,說(shuō)明地質(zhì)因素是巷道劣化的主要影響因素。

1.1.2采動(dòng)影響:采動(dòng)影響也是造成七采區(qū)邊界泄水巷劣化破壞的重要原因。從巷道的破壞地點(diǎn)來(lái)看,凡是受到采動(dòng)影響的地段劣化程度比未受采動(dòng)影響的地段嚴(yán)重的多,尤其是該地段中巖性較差的的地質(zhì)薄弱地點(diǎn),劣化十分嚴(yán)重。

1.1.3支護(hù)強(qiáng)度:當(dāng)其他因素不變時(shí),支護(hù)強(qiáng)度與巷道所能承受的應(yīng)力成正比關(guān)系。支護(hù)強(qiáng)度偏低和支護(hù)效果的逐步降低也是造成巷道嚴(yán)重劣化的重要因素。

1.1.4巖石流變影響:七采區(qū)邊界泄水巷有些地段穿過(guò)粘土層,該層巖石具有較強(qiáng)的流變性,對(duì)巷道的支護(hù)是極不利的,而象泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖等也具有一定的流變性,對(duì)支護(hù)也產(chǎn)生一定的影響。

1.2巷道變形破壞特征:

1.2.1巷道頂部形成“尖頂”,兩幫噴層開(kāi)裂,錨桿松動(dòng),巖體鼓出。

1.2.2巷道左底角部(水溝側(cè))及右頂角部(靠近邊界側(cè))巖體嚴(yán)重破碎,左底幫處噴層大面積跨落,底部巖體隆起,右頂幫處錨桿被拉斷,噴層脫落,巖塊經(jīng)常掉落。

1.2.3巷道右頂角及右底角部巖體破裂異常,右頂幫巖體碎裂,噴層開(kāi)裂,右底部巖體向巷道內(nèi)臌出。

1.3巷道頂、底板變形破壞機(jī)理

七采區(qū)邊界泄水巷變形破壞主要發(fā)生在巷道的角部,受復(fù)雜的地層條件影響,巷道頂角處在拉、剪應(yīng)力交互作用下產(chǎn)生的剪切破壞為主的失穩(wěn)形式。巷道頂?shù)装逯胁慨a(chǎn)生離層與撓曲,造成集中拉應(yīng)力,巖體節(jié)理及裂隙張開(kāi),在水平應(yīng)力作用下,頂?shù)装鍘r層易沿弱面剪切、斷裂及錯(cuò)動(dòng),造成頂?shù)装迤茐摹?span lang="EN-US">

二、修復(fù)加固技術(shù)研究

目前,劣化巷道的修復(fù)方案比較多,針對(duì)興隆莊煤礦的實(shí)際情況,選用錨網(wǎng)噴及錨注相結(jié)合的修復(fù)方案。

2.1根據(jù)情況對(duì)巷道進(jìn)行刷幫、起底和挑頂后,立即進(jìn)行錨噴支護(hù),支護(hù)時(shí)加掛金屬網(wǎng)和鋪設(shè)鋼筋梯。

2.1.1錨噴支護(hù)的主要參數(shù)為:幫部錨桿采用單向左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿,直徑為0.02m、長(zhǎng)度為1.8m,每根錨桿均使用1塊樹(shù)脂錨固劑固定,錨固劑型號(hào)為CK2850(直徑為0.028m,長(zhǎng)度為0.5m),頂部采用Φ0.022m左旋無(wú)縱筋螺紋鋼,錨桿長(zhǎng)度為2.45m,樹(shù)脂錨固劑每孔二塊(CK2370CK2850)。錨桿均使用配套標(biāo)準(zhǔn)錨桿托盤(pán)和螺母緊固安裝,錨桿外露長(zhǎng)度0.0150.05m,托盤(pán)為正方形,規(guī)格為長(zhǎng)×寬=0.15×0.15m,用厚0.01m鋼板壓制成弧形,錨桿梯采用Φ0.008m鋼筋焊制而成,長(zhǎng)×寬=2.4×0.05m。錨桿的錨固力達(dá)到100KN。 錨桿橫向排距0.8m,縱向間距0.8m,噴層厚度150mm,

2.1.2金屬網(wǎng)采用直徑不小于0.0035m的冷拔鐵絲制作的經(jīng)緯網(wǎng),規(guī)格為2.5×1.2m,網(wǎng)孔規(guī)格為0.05×0.05m,網(wǎng)要壓茬連接,網(wǎng)網(wǎng)搭接0.1m,用14#鐵絲作聯(lián)網(wǎng)絲,每隔0.2m聯(lián)一扣,每扣擰23圈。聯(lián)網(wǎng)絲均朝向迎頭方向壓平并壓入網(wǎng)內(nèi)。

2.2錨噴支護(hù)2周后進(jìn)行注漿加固,注漿錨桿長(zhǎng)度一般取2.1m,采用φ32×6的冷軋無(wú)縫鋼管制作,間排距為2.0m×2.0m,三花形循環(huán)布置。

2.3當(dāng)頂板局部破碎難以支護(hù)時(shí),增加錨索。

2.3.1錨索長(zhǎng)度應(yīng)能夠深入到上部穩(wěn)定巖層部分不小于1m。可在巷道斷面上布置2根錨索,間距2m,排距1.8m。錨索選用破斷力為380KN、低松弛預(yù)應(yīng)力的φ18mm的鋼絞線。

2.3.2打眼采用φ19中空六方接長(zhǎng)鉆桿配φ28雙翼鉆頭,單體風(fēng)動(dòng)錨桿鉆機(jī),濕式打眼,打眼前首先量好鋼絞線長(zhǎng)度,眼深比鋼絞線短0.3m,誤差為±0.03m;打完眼后,卸連接釬子時(shí),人員要站在眼位一側(cè),避免釬子滑下傷人。

2.3.3人工將樹(shù)脂藥卷以每眼先裝二卷MSK2360,再裝一卷CKA2360共三卷裝入錨索眼中,用錨索將藥卷緩緩送入孔底,將錨索另一端用專(zhuān)用攪拌器與錨桿鉆機(jī)相連。

2.3.4一人扶住機(jī)頭,一人操作鉆機(jī),一邊推進(jìn),一邊攪拌,快推猛攪20s后,停止攪拌,并保持錨桿鉆機(jī)推力35min后方可撤下錨桿鉆機(jī)。

2.3.5打注錨索10min后,將槽鋼托盤(pán)(順巷道方向)、鐵盤(pán)錨具裝上,利用漲拉千斤頂緊固錨具,且達(dá)到漲拉預(yù)緊力力矩100 N·m,錨固力為180kN。漲拉千斤頂做漲拉時(shí),要將千斤頂上的鐵鏈與頂網(wǎng)相連,泵加壓時(shí),千斤頂下方不得有人。

三、效果對(duì)比

為了對(duì)比劣化巷道的修復(fù)效果,分別對(duì)試驗(yàn)巷道修復(fù)前和修復(fù)后的變形、受力等參數(shù)進(jìn)行了觀測(cè)。

3.1巷道變形觀測(cè)

1? 修復(fù)前巷道變形觀測(cè)結(jié)果表??????? ?單位 mm

斷面

編號(hào)

δ(1-2

(頂-底)

δ(3-4

(兩幫)

δ(1-5)(頂板下沉)

δ(2-5

(底板臌起)

1

1156

1203

521

635

2

1210

1135

623

587

3

1278

1301

659

619

4

892

794

395

497

5

621

703

278

343

從表1可以看出,1-3斷面的變形明顯比4-5斷面小的多,說(shuō)明采動(dòng)對(duì)巷道劣化變形的影響很明顯,是巷道劣化的一個(gè)重要原因。

巷道修復(fù)后,在原測(cè)點(diǎn)位置重新設(shè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè),最短觀測(cè)時(shí)間6個(gè)月,觀測(cè)結(jié)果如表2所示:

2? 修復(fù)后巷道變形觀測(cè)結(jié)果表????? 單位:mm

斷面

編號(hào)

δ(1-2

(頂-底)

δ(3-4

(兩幫)

δ(1-5

(頂板下沉)

δ(2-5

(底板臌起)

1

89

37

39

40

2

63

59

33

30

3

71

72

52

19

4

49

52

21

28

5

101

64

47

54

從表1和表2可以看出,巷道修復(fù)后在6個(gè)月內(nèi)巷道變形很小。大大改善了七采區(qū)邊界泄水巷的支護(hù)狀況。

3.2錨桿支護(hù)效果觀測(cè)

3 修復(fù)前錨桿拉拔實(shí)驗(yàn)結(jié)果表

斷面編號(hào)

左幫(KN

拱頂(KN

右?guī)停?span lang="EN-US">KN

結(jié)?

1

54

46

74

頂不合格

2

45

39

28

均不合格

3

54

52

32

左幫、頂不合格

4

34

48

56

頂、左幫不合格

5

51

26

33

兩幫不合格

合格率%

60

20

40

平均40

4 修復(fù)后錨桿拉拔實(shí)驗(yàn)結(jié)果表

斷面編號(hào)

左幫(KN

拱頂(KN

右?guī)停?span lang="EN-US">KN

結(jié)論

1

62

71

58

合格

2

73

78

67

合格

3

58

72

66

合格

4

70

72

71

合格

5

53

72

71

合格

合格率%

100

100

100

平均100

根據(jù)表3的拉拔結(jié)果,修復(fù)前,七采區(qū)邊界泄水巷大部分錨桿的拉拔力達(dá)不到50KN的最低要求,只有一根錨桿達(dá)到70KN以上,平均合格率只有40%。修復(fù)后,經(jīng)過(guò)6個(gè)月后的拉拔試驗(yàn)表明,錨桿合格率100%,頂錨大多能達(dá)到70KN以上。

四、結(jié)論

4.1采動(dòng)對(duì)巷道劣化有明顯影響,是巷道劣化的一個(gè)重要原因。

4.2根據(jù)測(cè)試結(jié)果,圍巖松動(dòng)圈為1.4-1.8m,根據(jù)松動(dòng)圈理論,七采區(qū)邊界泄水巷的松動(dòng)圈已發(fā)育為中、大松動(dòng)圈,巷道劣化已較嚴(yán)重。

4.3七采區(qū)邊界泄水巷典型的巷道圍巖變形特征具有3種情況:①巷道頂部形成“尖頂”,兩幫噴層開(kāi)裂,錨桿松動(dòng),巖體鼓出;②巷道左底角部(水溝側(cè))及右頂角部巖體嚴(yán)重破碎,左底幫處噴層大面積跨落,底部巖體隆起;③巷道右頂角及右底角部巖體破裂異常,右頂幫巖體碎裂,噴層開(kāi)裂,右底部巖體向巷道內(nèi)臌出。

4.4七采區(qū)邊界泄水巷變形破壞主要發(fā)生在巷道的角部處在拉、剪應(yīng)力交互作用下產(chǎn)生的以剪切破壞為主的失穩(wěn)形式。

4.5當(dāng)其他因素不變時(shí),圍巖的抵抗強(qiáng)度與剪應(yīng)力成反比關(guān)系,當(dāng)頂板的抵抗強(qiáng)度小于19.1MPa時(shí),頂板巖快有可能被剪切破壞;當(dāng)?shù)装宓挚箯?qiáng)度小于16MPa時(shí),底板巖快有可能被剪切破壞。

4.6針對(duì)興隆莊煤礦七采區(qū)邊界泄水巷變形的實(shí)際情況,選用的錨網(wǎng)噴及錨注相結(jié)合的修復(fù)方案安全有效,經(jīng)濟(jì)、技術(shù)俱佳。

4.7七采區(qū)邊界泄水巷修復(fù)后變形很小,大大改善了七采區(qū)邊界泄水巷的支護(hù)狀況;拉拔試驗(yàn)表明,錨桿合格率100%,頂錨大多能達(dá)到70KN以上,有效地提高了該巷道的支護(hù)強(qiáng)度。

通過(guò)對(duì)七采區(qū)邊界泄水巷劣化機(jī)理的研究及修復(fù)加固,我們?nèi)〉昧藢氋F的經(jīng)驗(yàn),為我們以后修復(fù)深部掘進(jìn)的老巷道提供了參考,同時(shí),也為下一步即將掘進(jìn)的其他深部巷道提供了支護(hù)方法,必將大大降低深部巷道的修復(fù)率,提高深部巷道的使用壽命。

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