淺部地層巷道支護形式選擇

淺部地層巷道支護形式選擇

道路安全是礦山生產(chǎn)的基礎，是安全生產(chǎn)的基本保障。大雁礦區(qū)自1974年開始建設以來,在生產(chǎn)實踐中根據(jù)不同的煤巖、層位、開采水平、受力性質(zhì)及服務年限等先后采用了棚式、碹體、錨噴及聯(lián)合支護等不同的支護方式。大雁礦區(qū)巷道圍巖分類及支護形式的對應關系:1、巖層類別為Ⅰ類;穩(wěn)定性為穩(wěn)定;代表巖石為玄武巖;巖性特征為單軸抗壓強度22.06MPa,遇水不軟化;現(xiàn)有的支護形式為噴薄層水泥砂漿封閉圍巖。2、巖層類別為Ⅱ類;穩(wěn)定性為較穩(wěn)定;代表巖石為煤;巖性特征為單軸抗壓強度10.93~12.75MPa,遇水不軟化、不膨脹;現(xiàn)有的支護形式為在頂板完整的條件下,支護形式采用錨桿;在頂板破碎的條件下,支護形式采用錨網(wǎng);在斷面大的條件下,支護形式采用組合式錨桿;在服務期長的條件下,支護形式采用錨噴或錨網(wǎng)噴;對頂、底板的處理采用底板為膨脹巖的設置,底拱或打底錨桿,其他可不處理。3、巖層類別為Ⅲ類;穩(wěn)定性為不穩(wěn)定;代表巖石為砂巖、泥巖;巖性特征為弱膠結(jié)或不膠結(jié)、強度低、松散易冒,疏干后可有一定強度;現(xiàn)有的支護形式為在服務期長的條件下,支護形式采用料石砌碹;在服務期短的條件下,支護形式采用梯形工字鋼支架或U型鋼可縮式支架;對頂、底板的處理采用設置底拱,背幫背頂采用金屬網(wǎng)或尼龍織網(wǎng),設底梁,加大棚腿底面積。4、巖層類別為Ⅳ類;穩(wěn)定性為很不穩(wěn)定;代表巖石為含礫泥巖;巖性特征為單軸抗壓強度1.04MPa,含大量蒙脫石,遇水崩解、泥化、膨脹,膨脹率為11.39%,并具有流變性;現(xiàn)有的支護形式為在埋深小的條件下,支護形式采用錨網(wǎng)噴或加木磚條帶圓碹;在埋深大的條件下,支護形式采用錨網(wǎng)架、錨網(wǎng)噴砌等形式的聯(lián)合支護;對頂、底板的處理采用設置底拱全封閉式結(jié)構(gòu)。一、次支護型棚式支護作為一種支護主體形式,由于該支護形式對巷道圍巖的封閉作用差,圍巖風化、潮解、膨脹,而膨脹擠壓力是軟巖巷道支護破壞的主要原因,且圍巖膨脹變形產(chǎn)生第一次壓力顯現(xiàn)時,其變形和位移量最大,壓力也處于最大值,經(jīng)處理后又出現(xiàn)第二、第三次壓力顯現(xiàn),這個問題在淺部地層巷道支護中被高倍的支護強度系數(shù)所掩蓋,但隨著開采深度的增加而越加嚴重?，F(xiàn)該支護方式多用在聯(lián)合支護形式中的二次支護,為徹底控制圍巖變形的剛性支護作用。其中木棚支護由于木材的強度低、成本高,現(xiàn)除在處理冒頂?shù)呐R時支護和服務時間短的綜采拆裝支架硐室以外,已很少采用;槽鋼棚和工字鋼梯形棚支護以其加工方便、便于回收整形和復用等特點,曾經(jīng)大量使用,現(xiàn)除了在巷道交叉點和回采工作面順槽揭露巖石部分采用外,也已很少采用;U型鋼棚支護適用于松軟巖體、斷層破碎帶和礦壓大等不穩(wěn)定巖體,滿足了支架的剛性、可縮性的要求,和錨噴支護一起作為一次支護的基礎上,在保持一定支撐力的情況下沉縮,又保證了支架不被破壞,釋放了圍巖的壓力,柔性較好,又具有一定的初期支護強度,一次支護又是二次支護的一部分而不拆除,相對工藝簡單、省時、省料,而且巷道斷面利用系數(shù)高、維修方便,還具有承受頂壓能力大的特點,在同等規(guī)格情況下,是木支架和砼支架受頂壓能力的3~6倍,在圍巖壓力趨于穩(wěn)定時,和二次支護組成剛性支架形式,在不穩(wěn)定巖體中使用效果較好。二、材料的改進措施砂漿膠結(jié)的石材碹體最常用,在一般地壓下可采用。在松軟膨脹性巖層、地壓大的巷道中就很難適應,料石圓碹加木磚的效果也不理想,因為料石碹體短時間內(nèi)提供足夠的支護力以阻止圍巖變形是不可能的,料石雖然強度很高,可砂漿強度僅為砌體的1/10,達到足夠的砌體強度需相當長的養(yǎng)護時間,即砌體尚未達到足夠的強度時,碹體早受壓破裂,即使采用現(xiàn)澆筑砼或鋼筋砼也同樣破壞,料石碹接茬多、灰漿不飽滿、壁后軟充填不嚴,更加降低了料石碹體的抗載能力。這種支護形式雖然具有整體性好、受力均勻、封閉作用好的優(yōu)點,但初期強度小,不適應松軟膨脹性巖層初期地壓大的特點。根據(jù)礦區(qū)實踐情況,在松軟膨脹性巖層中,不宜采用碹體支護的直墻半圓拱結(jié)構(gòu)作為單一的剛性材料構(gòu)成支護,包括圓形料石砌碹也不是理想結(jié)構(gòu)。為了提高碹體支護的適用范圍,多年來積累了大量的改進技術措施,概括如下:1、采用增加碹體厚度來提高支護剛度,如采用一層半、二層以至三層的料石砌碹;2、提高支護材質(zhì),如將毛料石和條石改為規(guī)整的異型料石,材質(zhì)由石灰?guī)r改為花崗巖等;3、靈活采用碹體的形狀,將三心拱改為直墻半圓拱或短墻半圓拱和全圓拱;4、采用壁后軟充填以改進碹體的受力狀態(tài),如用尼龍編織袋裝摻了生石灰的電廠灰、河砂、黃泥磚等,甚至是空幫、空頂?shù)碾x壁式碹體結(jié)構(gòu);5、加大碹體的可縮縫,如采用在碹體周邊沿巷道走向方向均等的夾木磚和干砌木板碹等;6、靈活選用卸壓方法,如預留卸壓孔道。采取上述措施取得了一定的效果,但對于埋深大、變形大的松軟膨脹性巖層巷道,特別是受采動影響的巷道,還是不適用。因此,應該考慮聯(lián)合支護形式。三、錨桿支護的經(jīng)濟效益與傳統(tǒng)的支護形式相比,錨噴支護具有進度快、效率高、安全可靠、勞動強度低、成本低等優(yōu)點,但同樣有一定的適應性,不是萬能支護。在穩(wěn)定的硬巖中,采用素噴砼支護,簡單易行,技術經(jīng)濟效果明顯;在穩(wěn)定的中硬巖中,采用金屬倒楔式錨桿或鋼絲繩砂漿錨桿加上噴射砼支護,也收到很好效果;在軟巖、斷層破碎帶或地壓大等條件下,單一的錨噴支護同樣不適用,應用錨噴支護作為一次支護,為柔性或可縮性的讓壓措施,釋放了圍巖的壓力,然后采用傳統(tǒng)的支護形式作為二次支護,起剛性支護作用,促使圍巖穩(wěn)定,避免了人為地二次擾動圍巖,引起更大的不穩(wěn)定來壓,這就是柔剛結(jié)合的聯(lián)合支護形式,適用條件和范圍更廣,已在軟巖礦區(qū)大量推廣使用?，F(xiàn)分類敘述如下:1、u型鋼聯(lián)合支護系統(tǒng)主要用于穩(wěn)定較差的松軟巖層,主要指部分砂巖、泥巖,自穩(wěn)能力差,爆破后要及時錨噴。初期變形量很大,架設U型鋼支架、復噴砼形成一個統(tǒng)一結(jié)構(gòu)體,從而組成聯(lián)合支護。材質(zhì)規(guī)格為:采用金屬倒楔式注漿錨桿、長度1.8~2.5m、菱形布置、行排距離0.6~0.6m,金屬網(wǎng)規(guī)格1.1×0.9m、網(wǎng)目10×10cm、冷拔鋼絲編成、絲徑6mm,支架采用U型鋼支架。這種支護的巷道除有少量底鼓外,幫頂基本完好。2、注漿錨桿加固支護主要用于斷層破碎帶或特別松軟的巖層,主要指含礫泥巖、泥巖或部分砂巖,爆破后難見大于300mm的巖塊,極易風化、潮解、冒落、片幫,底鼓嚴重,圍巖變形量大。巷道掘進后立即初噴砼50mm左右厚,打上錨桿,采用金屬倒楔式注漿錨桿、長度2.0~2.5m、菱形布置、行排距離0.8~0.8m,掛金屬網(wǎng),待壓力釋放、變形緩慢時,砌料石碹,厚350mm,在拱基線和拱頂處增嵌150mm厚的條形木磚,具有一定的可縮性,釋