鐵生溝煤礦巷道底鼓破壞原因分析

鐵生溝煤礦巷道底鼓破壞原因分析

1巷道底鼓破壞該采礦區(qū)于1986年10月開始，設(shè)計生產(chǎn)能力為1.2mt/a。由于地質(zhì)條件復(fù)雜,主要運輸大巷嚴(yán)重變形,制約了運輸能力,產(chǎn)量連年維持在50萬t左右,達(dá)不到設(shè)計要求。該礦東、西翼運輸大巷處在-10m水平,穿過的主要巖層為石炭系堅硬灰?guī)r,其它為細(xì)砂巖、炭質(zhì)泥巖和1條厚度0.2～0.6m的煤線。巖層走向北東12°,傾角9～11°。巷道底鼓段穿過兩處背斜和1條落差3m左右的斷層。斷層處裂隙發(fā)育,夾雜著破碎的石屑,有滴水現(xiàn)象。由于部分巖層強度低、裂隙發(fā)育、吸水率高,其自身穩(wěn)定性和承載能力低,巷道極易產(chǎn)生底鼓,造成失穩(wěn)破壞。根據(jù)觀察和分析,鐵生溝煤礦巷道破壞的主要原因是底鼓,巷道積水和底板承壓水又使底鼓加劇。礦井東、西翼運輸大巷全長2000m以上,其中積水巷道約400m。未積水的1600m左右巷道底鼓量幾乎為0(月測),局部巷道底鼓量為0.5～3mm/月。400m左右積水巷道底鼓量較大,為20～80mm/月,局部超過100mm/月。為了保證巷道運輸暢通,進(jìn)行了起底清理。但在清底過程中,隨清隨鼓,破壞了原砌筑的水溝,使水漫巷而流。強烈的底鼓不僅增加了起底維修工作量,還影響礦井安全生產(chǎn)。為了摸清巷道底鼓規(guī)律,我們對東、西翼運輸大巷底鼓情況進(jìn)行了調(diào)查研究和現(xiàn)場觀測,并根據(jù)具體情況,采用注漿錨桿支護(hù)和料石底拱結(jié)合片石混凝土兩種方法對底鼓巷道進(jìn)行了治理,取得了較好的效果。2砂漿固定桿保護(hù)2.1錨固和錨桿布置注漿錨桿支護(hù)地點選在東翼運輸大巷。首先對巷道進(jìn)行起底,起到低于底板標(biāo)高150mm處,預(yù)留一定的變形量。采用?20mm×2200mm注漿錨桿,快硬水泥藥卷端頭錨固,錨固力70kN以上。錨桿間排距均為800mm,三花形布置。選用水泥-水玻璃雙液漿,水灰比0.9左右,注漿壓力1.2MPa,最終達(dá)到全長錨固。施工期間,也曾試驗用全塑錨桿代替鋼筋錨桿,但效果不理想。為了更好地控制底鼓,在底板與巷腳交界處也布置了錨桿,參數(shù)同上;同時在巷道底板開鑿釋能槽,沿巷道橫向布置,3m一個,規(guī)格2400mm×500mm×600mm(長×寬×深),用石子墊平,上部鋪軌。2.2測點變形量及收斂測點回收率在距東馬頭門240,280,330m處各選1個觀測點(分別記為測點1,測點2,測點3)測量變形量,觀測結(jié)果見表1。由表1可看出,測點1,2累積收斂變形量均不超過100mm,達(dá)到了預(yù)期效果。測點3處于底鼓強烈?guī)Ц浇?累積收斂變形量較大,192d時達(dá)到220.8mm。3料石底部拱門與石混凝土保護(hù)3.1充填料石底拱砌筑底拱和錨注支護(hù)同步進(jìn)行,選在西翼運輸大巷底鼓最嚴(yán)重段。在保留原料石碹情況下,砌筑料石底拱(見附圖)。拱凈寬4000mm,拱厚500mm,曲率半徑3500mm,用片石混凝土作充填材料,混凝土配比為1∶2.2∶6(水泥∶砂∶片石)。水溝從巷道一側(cè)移到距巷道中心600mm處。3.1.1側(cè)底板—擴刷底板施工時在施工地點前30～50m處砌1個臨時水倉,直接用泵將水排出。按以下順序擴刷底板:拆除一側(cè)軌道—開挖該側(cè)底板—用撐桿支撐巷道墻角—開挖另一側(cè)底板。開挖時要注意以下幾點:(1)嚴(yán)格按照巷道中線、腰線施工,誤差不得超過50mm。每次開挖長度不可過大,以不超過2.5m為宜。(2)由于開挖跨度、深度均較大,施工時一定要打撐桿,防止片幫,保證安全作業(yè)。(3)采用風(fēng)鎬起底,盡可能不放炮。(4)準(zhǔn)備排水泵,隨時排干積水。3.1.2混凝土填充施工施工順序:按照設(shè)計要求砌筑底拱—支水溝模板—澆筑水溝—填筑片石混凝土。施工時要注意下面幾點:(1)控制好底拱尺寸,適當(dāng)考慮圍巖變形。為確保巷道設(shè)計斷面達(dá)到要求,施工時斷面尺寸放大50～100mm。(2)只有當(dāng)一側(cè)底拱砌筑結(jié)束后,才可砌筑另一側(cè)底拱。(3)底拱與墻角要結(jié)合嚴(yán)密,平滑過渡,不留死角,保證與原有碹體成一整體。(4)片石混凝土填筑要滯后水溝1～2m。為防止水溝變形,水溝內(nèi)側(cè)模板不要過早拆除。(5)嚴(yán)格砂漿配比,做到砂漿飽滿,不留干縫、瞎縫。3.2巷道圍巖變形量觀測結(jié)果在距西馬頭門110,140,175m處各選1個觀測點(分別記為測點1,測點2,測點3)測量變形量,觀測結(jié)果見表2。由表2可看出,砌筑底拱后初期,巷道變形量大,說明底拱已開始受壓。隨著時間的推移,變形量明顯減少。至192d時,巷道底板基本穩(wěn)定,累積變形量小于15mm,達(dá)到了預(yù)期效果。4片石混凝土支護(hù)技術(shù)注漿錨桿支護(hù)治理底鼓技術(shù)的主要優(yōu)點是工藝簡單,便于操作,費用低廉,返修比較容易。缺點是在底鼓嚴(yán)重地段,未能有效阻止變形,尤其是遇到軟巖底板,變形更難控制;底板圍巖長期暴露在外面,風(fēng)化崩解嚴(yán)重,遇水膨脹明顯;服務(wù)時間短,返修頻率高。料石底拱結(jié)合片石混凝土支護(hù)技術(shù)的主要優(yōu)點是圍巖封閉及時,能有效地防止巷道周邊圍巖進(jìn)一步風(fēng)化、變形;整個巷道形成封閉整體,受力均勻,抗壓性能好,巷道變形量小,服務(wù)時間長;水溝移向巷道偏中部位后,解決了巷道積水問題。缺點是施工工藝復(fù)雜,施工難度大;起底和砌筑時影響正常運輸;巷道一旦變形破壞,返修比較困難;工程造價高。5巷道變形控制(1)底鼓巷道治理后,在1年多時間內(nèi),1/3以上注漿錨桿支護(hù)的巷道發(fā)生了不同程度的破壞,需重新返修;而料石底拱結(jié)合片石混凝土支護(hù)的巷道變形量