礦井巷道穩(wěn)定性分析及支護(hù)方案研究

礦井巷道穩(wěn)定性分析及支護(hù)方案研究

0巷道圍巖大變形工程軟巖是指在工程力的作用下，可產(chǎn)生明顯的塑料變形的工程巖體。巷道開挖后,巖體的原巖應(yīng)力狀態(tài)遭到了破壞,引起應(yīng)力重新分布,圍巖將向巷道臨空面發(fā)生位移變形,圍巖出現(xiàn)底鼓、頂沉,縮幫等大變形特征。針對(duì)新安煤礦軟巖巷道穩(wěn)定性控制問(wèn)題,提出了對(duì)該礦軟巖巷道變形機(jī)理及控制對(duì)策進(jìn)行研究的必要性,結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查、數(shù)值分析等多種手段,提出了新安煤礦深部軟巖巷道穩(wěn)定性控制的方法。1安三礦回風(fēng)合成巷道菌株甘肅平?jīng)鲂掳裁簶I(yè)有限責(zé)任公司是徐州礦務(wù)集團(tuán)公司在甘肅省投資的全資子公司,由在建的新安煤礦、崇信縣百貫溝煤業(yè)有限公司和山西項(xiàng)目部組成。新安煤礦井田面積為4.51km2,可采儲(chǔ)量約7425萬(wàn)t,設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力90萬(wàn)t/a,設(shè)計(jì)服務(wù)年限約為58.9a。新安煤礦+535m回風(fēng)石門位于礦區(qū)+535m水平,巷道賦存于粉砂巖、泥巖、細(xì)砂巖和砂質(zhì)泥巖等巖層,各個(gè)巖層沿巷道的走向和與垂直巷道走向方向均有約10°傾角,存在著膨脹性軟巖,復(fù)雜的地質(zhì)條件等問(wèn)題。巷道有嚴(yán)重的底鼓現(xiàn)象,最大量達(dá)1800mm,兩幫出現(xiàn)上折或者下折,頂板出現(xiàn)較大的非對(duì)稱下沉現(xiàn)象,圍巖表面的混凝土噴層有開裂剝落、鋼筋網(wǎng)外露現(xiàn)象,部分錨桿、錨索被擠出或拉斷而失效。2巷道圍巖破壞特征通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地調(diào)查可知,新安煤礦軟巖巷道變形破壞問(wèn)題突出,主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:(1)以底鼓為主的非對(duì)稱特征。底鼓量占巷道變形量的很大一部分,底鼓現(xiàn)象嚴(yán)重,底板的破壞范圍大,呈現(xiàn)出不對(duì)稱變形特征。底鼓量平均1500～1800mm,破壞范圍占巷道1/2左右。(2)頂?shù)装迨湛s嚴(yán)重的非對(duì)稱特征。巷道表面位移為加速-緩慢減速-恒速變形型。表現(xiàn)為頂板偏左肩處呈破碎狀剝落,下沉嚴(yán)重區(qū)域呈兜狀下沉狀態(tài)。頂部變形的主要特征是頂板巖層發(fā)生比較顯著的相對(duì)錯(cuò)動(dòng)位移和向內(nèi)擠壓。(3)幫部嚴(yán)重鼓出并出現(xiàn)折幫。在非線性應(yīng)力作用下,巖層之間的軟弱結(jié)構(gòu)面處與巖層夾角為鈍角的幫部位置出現(xiàn)向上錯(cuò)位滑動(dòng)或內(nèi)擠,而夾角為銳角的幫部位置出現(xiàn)向下的錯(cuò)位滑動(dòng)或內(nèi)擠。最大擠出量達(dá)到1200mm之多,且兩幫多為非對(duì)稱內(nèi)擠和錯(cuò)位。(4)支護(hù)體失效數(shù)量多,力學(xué)破壞特征明顯。錨桿、錨索承載力較低,多出現(xiàn)拉斷現(xiàn)象,錨桿、錨索和金屬網(wǎng)的破壞特點(diǎn)顯示了支護(hù)體難以承受巷道圍巖的變形能力,以變形剛度和強(qiáng)度不協(xié)調(diào)為主要特點(diǎn)。3支出的設(shè)計(jì)3.1預(yù)壓焊網(wǎng)支護(hù)根據(jù)新安煤礦+535m回風(fēng)石門的具體圍巖地質(zhì)條件,通過(guò)分析圍巖變形力學(xué)機(jī)制和轉(zhuǎn)化技術(shù),結(jié)合數(shù)值模擬結(jié)果,確定在新安煤礦+535m回風(fēng)石門延長(zhǎng)段采用新型恒阻大變形錨桿耦合支護(hù)設(shè)計(jì)方案,在特殊地質(zhì)地段(如遇圍巖泥化嚴(yán)重地段)對(duì)圍巖注漿加固。支護(hù)方案:(1)支護(hù)方式。恒阻大變形錨桿+φ6mm壓焊平網(wǎng)+反底拱鋼砼+噴射C20混凝土支護(hù);(2)設(shè)計(jì)斷面。半圓拱巷道,墻高1600mm,拱半徑(凈)2350mm;(3)支護(hù)材料及參數(shù)。(1)錨桿:采用HMG-500型恒阻錨桿,直徑22mm,長(zhǎng)度為3000mm,鉆頭選用直徑35mm合金鉆頭,錨桿間排距為1000mm×1000mm,平行布置。錨桿采用樹脂藥卷端頭錨固,每孔采用1根CK2870(里)、1根Z2835(外)樹脂錨固劑。(2)底板加固:采用φ22mm螺紋網(wǎng)綁扎現(xiàn)澆砼支護(hù),綁扎間排距為300mm×300mm,單層鋼筋網(wǎng),鋼筋搭接時(shí)搭接長(zhǎng)度不小于400mm。(3)金屬網(wǎng):采用φ6.0mm壓焊網(wǎng),網(wǎng)片尺寸為1000mm×2200mm,網(wǎng)格尺寸100mm×100mm,網(wǎng)片搭接100mm,網(wǎng)與網(wǎng)之間通過(guò)專用聯(lián)網(wǎng)器鉤扣聯(lián)結(jié),連接點(diǎn)間距不大于200mm。(4)混凝土:噴射混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20,內(nèi)摻防水劑。(4)方案斷面支護(hù)示意圖如圖1所示。3.2施工過(guò)程的設(shè)計(jì)3.2.1錨桿鉆機(jī)注意事項(xiàng)嚴(yán)格按爆破圖表要求布置炮眼、安裝炸藥等工作,做好光面爆破,確保有良好的成型,然后初噴60mm混凝土、掛網(wǎng)、安裝長(zhǎng)度3m恒阻大變形錨桿、復(fù)噴40mm混凝土。(1)錨桿施工準(zhǔn)備工作。按設(shè)計(jì)圖布置眼位,并用手鎬刨出眼窩,在釬桿上做好鉆深標(biāo)記;準(zhǔn)備好風(fēng)管、水管及錨桿鉆機(jī)等工具。(2)恒阻大變形錨桿施工順序。錨桿鉆機(jī)試運(yùn)轉(zhuǎn);根據(jù)眼位,鉆頭放入眼窩后,啟動(dòng)手柄開關(guān);按設(shè)計(jì)的角度和方向鉆進(jìn)打眼,直至達(dá)到要求深度;安裝錨固劑,1根CK2870(里)、1根Z2835(外)樹脂錨固劑;用錨桿鉆機(jī)將桿體旋進(jìn)巖孔,然后依次安裝托盤、螺母。(3)施工注意事項(xiàng)。點(diǎn)眼或打眼過(guò)程中,不準(zhǔn)用手直接扶或托鉆桿和用手掏眼口的巖粉;打完眼后,先停風(fēng)后停水;安裝錨固劑前須用壓風(fēng)將巖孔內(nèi)的巖屑清除干凈;安裝后,托盤應(yīng)在噴射混凝土面或巖面平整處,以使承載力均勻分布,防止壓力傳遞,造成錨桿產(chǎn)生彎曲應(yīng)力;錨桿安裝技術(shù)偏差嚴(yán)格控制在《錨桿支護(hù)技術(shù)規(guī)范》要求范圍內(nèi)。3.2.2第二次支護(hù)施工在第一次支護(hù)的基礎(chǔ)上挖底(三心拱,最低處1200mm)、綁扎φ22mm螺紋網(wǎng)底板澆筑砼。第二次支護(hù)施工要求及注意事項(xiàng):按設(shè)計(jì)要求挖出三心拱面或用噴砼造面;鋼筋距巷道底板不低于200mm;鋼筋搭接長(zhǎng)度不得小于400mm;鋼筋在巷道兩幫處進(jìn)入墻里不小于150mm;鋼筋十字交叉及搭接處必須用鐵絲綁扎牢固;嚴(yán)格按設(shè)定配合比攪拌混凝土,澆筑時(shí)必須采用震動(dòng)泵進(jìn)行震動(dòng)。3.3圍巖位移近量和穩(wěn)定性通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)巷道圍巖位移量的監(jiān)測(cè),巷道施工后的前4～20d為圍巖變形的急劇變形期;掘進(jìn)20～80d為變形減緩期,圍巖移近量逐漸減小并趨于穩(wěn)定;掘進(jìn)80d之后圍巖基本處于穩(wěn)定狀態(tài),可以基本認(rèn)定巷道在80d左右已經(jīng)趨于穩(wěn)定。從監(jiān)測(cè)曲線來(lái)看,恒阻大變形錨桿+φ6.0mm金屬網(wǎng)+底板鋼砼+噴射混凝土支護(hù)從根本上控制了回風(fēng)石門延長(zhǎng)段的非線性大變形,同時(shí)保證了巷道全斷面的穩(wěn)定。4板鋼砼+金屬網(wǎng)+混凝土支護(hù)方