软岩巷道围岩变形的影响因素【深井软岩硐室围岩加固技术与应用】

来源:文库题库 发布时间:2019-03-12 05:35:39 点击:

  摘要:针对煤矿深度的增加,矿山压力逐渐增大的情况,提出一种深部软岩硐室围岩加固技术方案,通过在新集一矿的实践应用,表明本加固技术能很好的适应深部软岩的各种变形特点,并对其加固机理进行分析,具有良好的经济效果,有一定的推广应用价值。
  关键词:深井 软岩硐室 加固技术
  
  锚注支护我国原煤产量位于世界首位,但由于多年的开采,浅部易开采的煤炭资源日益减少,据统计表明中国立井开采深度正以每年8~12m的速度增加,东部矿井开采深度正以每年10~25m的速度发展,预计在未来20年内我国多数煤矿将进入到1000~1500m的深度。深井开采最突出的问题是地压大、地温高。本文对新集一矿深井软岩硐室巷道加固技术进行了实践证明,并取得了良好的技术经济效益。
  1、工程概况
  新集一矿隶属国投新集能源股份有限公司,位于安徽省淮南市凤台县新集镇,是一座大型现代化矿井。2011年计划商品煤产量在280万t,矿井服务年限60.1a。设计3个立井井筒,目前只有2个,新井筒正在建设中,井口设计标高+20.000m,开采水平标高-450m,新井筒建设采用冻结法施工。新集一矿含煤地层为二叠系山西组和太原组,主采煤层平均埋深700~900m。井田内断层38条,落差大于20m的多达20条,背斜6组。井底车场及硐室处在6煤底板、泥岩中,岩性不均一,地质条件较复杂,岩体组分变化大,存在构造应力且巷道断面大。
  2、支护方案及参数
  2.1 井底车场巷道支护井底车场硐室等。断面都较大,相互影响,加大了巷道和硐室围岩中的应力集中,加大了作用在支护结构上的外荷载。故采用锚网喷一次支护,注浆二次支护方式。马头门、变电所及泵房等重要硐室加现浇钢筋混凝土联合支护。支护参数如下:(1)一次支护扩大断面,巷道每侧扩大100mm,拱顶扩大100mm;掘后先喷50mm混凝土,以封闭围岩;锚杆采用?22×2500mm高强让压可变形锚杆,底部1块速凝树脂锚固剂锚固,外部砂浆全长锚固,锚杆间排距800×800mm;锚杆托盘采用高强让压可变形锚杆配套托盘;金属网采用直径为6mm12#铁丝焊接的金属网;初喷砼厚度50mm,以封闭围岩;待挂网后再喷100mm厚混凝土,喷射砼强度等级C20;底板不稳定有底臌倾向时,采用锚杆注浆加固,锚杆采用直径22×1600mm高强度左旋螺纹锚杆,每断面5根,排距0.8m;注浆锚杆采用直径25×1400mm无缝钢管,每断面3根,排距1.6m与高强锚杆隔排交错布置。(2)待巷道稳定后(大约巷道施工15~20天后)实施锚注二次支护。注浆锚杆采用?25×2400mm无缝钢管制作,锚杆端部扭成S状,安装时用1块树脂锚固剂锚固,锚杆间排距1600×1600mm;锚杆托盘采用热轧扁钢;注浆采用单液水泥浆,水泥采用525#普通硅酸盐水泥,水灰比0.6m,掺水泥重量1.5%的UNF-4高效早强减水剂;注浆压力2MPa,瞬时压力<3MPa。
  2.2 副井马头门支护副井马头门属井下大断面重点工程,因马头门处于不稳定围岩中,马头门及连接部分采用高强度左旋锚杆+锚索+锚注+喷射砼和浇灌钢筋砼联合支护体系加固。(1)高强让压可变形锚杆马头门断面大,受力条件因地处群峒之中而变得更恶劣,且受力变化大应力集中点多,因此锚杆选用?22×2500mm高强让压可变形锚杆;锚杆间距700~900mm;锚杆排距1600mm。(2)内注浆锚杆马头门连接部分宽≥5.0m时注浆锚杆选用?25冷轧无缝钢管,壁厚δ=4~6mm,锚杆长度L=2500mm,间距1600mm,每两根高强超长锚杆间装一根注浆锚杆,呈梅花形布置;锚杆排距1600mm。马头门及连接部分宽<5m且>4m 时,注浆锚杆选用=?25冷扎无缝钢管,壁厚δ=4~6mm,锚杆长2000mm,间距1600mm,排距B=1600mm。注浆锚托盘采用热轧扁钢B=100, δ =12制作。(3)注浆锚索马头门浇筑混凝土后,在拱基线以上施以注浆锚索加固,注浆锚索规格马头门连接部分宽≥5.0m时选?17.8×8000mm;马头门及连接部分宽<5m且>4m 时选?17.8×6500mm;间排距2500×3000mm。
  3、实践证明,通过采用锚杆注浆技术,目前井底车场除出现喷层开裂现象外,巷道断面基本保持完好,加固效果在岩层破碎巷道尤为明显。-700m水平中央泵房硐室出水处施以注浆以加固和堵水。现已达到砌碹永久支护的要求。由检测数据得知,巷道在施工后1~2月内变形基本保持稳定,在副井马头门处锚杆锚索发挥着重要的作用,其他处锚杆锚索均有较大的强度储备,能够满足后期各种巷道开挖造成的应力重分布的要求。
  4、机理分析深井巷道具地压大、变形快,岩石自身承载能力低等特点,锚杆支护能狗很好解决这些问题,更加有效地提高了巷道的安全性,不仅缩短了工期,而且降低的经济成本。(1)锚杆支护不但起支护作用,而且在一定程度上提高了支护区域围岩的强度、弹性模量、粘聚力和内摩擦角等力学参数,改善了围岩的应力状态,增大围岩自身承载能力,更好的解决了软岩开采的问题。(2) 扩大断面二次支护其机理在于当初始压力大、变形量大时硬抗是困难的,第一次支护变形将卸掉部分应力,膨胀量将大幅减少。二次锚注支护,将阻止围岩继续变形,即所谓“先让后抗”机理,很好适应变形持续时间长的特点。及时喷射混凝土层能有效地防止围岩的风化,有利于巷道的稳定。(3)采用锚网锚杆支护技术,人工将破碎带锁固成整体,形成一个再生自然拱,保证了围岩的整体性和稳定性。采用注浆技术,能够有效地阻止水的渗透,防止软岩遇水软化,使巷道变形减少,节省了人力、物力,并取得了良好的经济效益。
  5、结论
  自转入井底车场建设后,在局部出现的底鼓冒顶现象得到得了很好的控制,据检测数据显示巷道已经进入稳定阶段。实践表明支护技术能有效地释放初压,适应软岩巷道围岩的变形特点。在软泥岩、煤巷道掘进时,根据围岩应力大小,适当调整支护参材料和支护参数,在二次支护的基础上外加锚索支护,能够有效控制巷道支护效果,保证服务年限,以达到良好的支护目的。
  

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