深部岩巷围岩（共4篇）
深部岩巷围岩 篇1
1 煤矿深部围岩稳定性控制理论概述
从力学性质的角度讲, 围岩的稳定性通常取决于岩体自身的变形性质和强度。另外, 围岩自身所受的应力状态也对其稳定性有一定影响。围岩体主要由两部分组成:一是岩石骨架, 二是结构面。通常煤矿深部的围岩都经历了漫长的地质年代, 并且在长期的高压作用影响下使得岩石骨架变得异常致密和坚硬, 所以实际影响煤矿深部围岩变形性质和强度的因素主要是结构面。因此, 想要控制煤矿深部围岩的稳定主要应从结构面和应力状态着手。
煤矿深部岩巷开挖过程中, 使围岩体所受的应力状态发生了变化, 导致了围岩从原本的稳定状态逐渐转变为非稳定状态, 虽然, 在开挖初期, 围岩的抗压强度比较高, 但是随着不断的开挖卸荷, 致使围岩的侧压有所下降, 正常情况下, 近表围岩的侧压将会降至为零。与此同时, 大部分应力开始向巷道周向转移, 使得应力集中, 这时的周向应力一般会升高3倍左右。通常煤矿700m~900m深度的巷道, 近表围岩的围压卸荷幅度大约在20MPa, 巷道周向的应力将会增加近60MPa, 在如此大的应力作用下, 会使围岩的劣化速度不断加快, 裂缝也会从表面不断向内部扩散, 进而造成围岩失稳。为了确保围岩的稳定性, 就必须在对巷道进行开挖后立即进行必要的支护。
2 煤矿深部岩巷围岩支护原则
在对煤矿深部岩巷围岩进行支护时, 应遵循以下支护原则:
首先, 应尽量维护并保持围岩体自身残余强度的原则。一般情况下, 围岩在经受巷道内的水和风化的影响后, 其强度将有所下降, 因此, 在巷道开挖后需及时喷射混凝土, 将围岩表面进行封闭, 进而防止围岩被风化或潮解, 确保围岩强度不必要的损失。为了尽可能的保持围岩的强度, 建议在施工过程中, 尽量采用光面爆破。
其次, 提高围岩残余强度的原则。这一原则可具体分为三点:第一点是提高支护阻力使围岩所受的应力状态得以有效改善。巷道开挖后必须尽可能快的完成主体支护结构, 通过支护使围岩由本来的两向应力状态逐渐转变为三向应力状态, 进而使围岩的参与强度得以提高。第二点是利用锚杆进行支护使围岩进一步加固。经过大量的试验表明, 锚杆能够根据其自身的锚固力使已经破碎的围岩锚固, 从而使破裂围岩的残余强度得到一定的恢复和提高, 使其形成具有较高可塑性和承载能力的锚固层, 当锚杆的锚固力越大、密度越高时, 加固作用也就越显著。第三点是注浆加固。对于破碎比较严重的岩体, 仅靠锚杆加固是无法满足要求的, 这时应考虑注浆加固, 这也是提高松动破碎围岩强度最为有效的途径之一。
最后, 是发挥围岩本身承载能力的原则。具体可归纳为以下几个方面:其一, 全断面支护。通常煤矿深部巷道支护主要承受的荷载大部分都是来自于围岩的变形压力, 这种压力不仅来自于巷道的四周, 也包括巷道的底板, 而底板通常巷道支护中比较薄弱的一个环节, 若支护不好, 很容易产生底鼓, 使巷道整体支护结构的承载能力下降, 导致支护失败, 因此, 在对煤矿深部巷道进行支护时必须做到全方位支护;其二, 可缩性支护。巷道支护所承受的荷载大部分都是围岩的变形压力, 如果变形压力过大时, 一般的刚性支护就无法适应, 从而导致了支护结构形同虚设, 难以发挥围岩的承载能力。而可缩性支护能够在变形压力超过围岩承载力时, 通过之护体的可缩让压, 减少支护的受力状态。因此, 巷道支护的主体结构应尽量采用可缩性支护, 例如锚喷网支护;其三, 二次支护。通过大量的理论和对以往工程的调查证明, 煤矿深部巷道只采用一次刚性支护是不能成功的, 这是因为在支护初期, 巷道的变形量较大, 并且变形速度也比较快, 所以, 一次支护无法满足这一过程, 因此为了能够充分适应围岩的变性特征, 必须采取二次支护成巷的方法。在进行二次支护时必须掌握好支护时间, 支护的最佳时间应选择在围岩变形稳定后, 具体时机需根据实际工程的监测数据进行确定。
3 煤矿深部岩巷围岩支护技术
笔者根据多年的工作实践经验以及一些相关理论, 总结出一套比较完整的煤矿深部巷道综合高强度支护体系。该体系主要依据的原理是岩石力学性质、锚注支护以及注浆加固机理, 并且与多种复合支护技术相结合, 使围岩支护更加稳定。
3.1 主要支护技术施工工艺
具体施工流程如下:岩巷开挖后, 进行首次喷射混凝土, 之后开始布置锚杆 (建议采用树脂锚杆) 挂第一层钢丝绳, 然后进行第二次喷射混凝土, 再挂第二层钢丝绳, 随后进行第三次喷射混凝土, 接下来打注浆锚杆注浆并间隔一段时间在喷一次混凝土, 最后布置第二次锚杆和第二次注浆锚杆即可。该支护技术采用的是多次喷层和双层钢丝绳, 大幅度提高了支护体本身的强度以及柔韧性, 通过两次不同深度的注浆锚杆, 使之形成了网络式注浆。
3.2 复合支护技术简介
1) 预空技术。就是提前预留出围岩扩展变形的空间。该技术的主要机理是:在巷道开挖时, 围岩必然会形成二次应力场平衡状态, 这期间将会发生大量的收敛变形, 根据设计断面的规格提前预留出一部分空间, 可以使围岩压力在进行锚固支护前得以释放, 并且有利于强韧封层的形成;
2) 强韧封层技术。该技术主要是指在深部巷道支护中, 以钢丝绳作为径骨、高度密贴岩面的强韧混凝土喷浆层结构。具体支护情况如图1所示;
3) 合理置换技术。具体指的是采用针对性的措施将岩体中受外力作用下变得松动的岩石, 通过喷射混凝土予以置换, 再结合锚杆和注浆, 将围岩构建成连续同性的支护体。这种支护体最大的优点是抗拉、抗压和抗剪度都非常高, 能够有效的提高围岩的稳定性;
4) 实时监控、随时补强。该技术主要是以主动性支护理念作为指导, 同时以全程监控为手段, 对围岩进行补强, 使围岩的强度不断提高, 进而使巷道支护能够保持长期稳定。
参考文献
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[3]赵丽明, 等.煤矿软岩巷道支护技术研究[J].中国矿业, 2008 (4) .
浅谈深部大断面岩巷快速掘进技术 篇2
煤炭是工业发展的重要能源, 是关系到国民经济建设安全的战略资源。煤炭行业的健康发展离不开煤炭开采事业的安全与稳定。随着我国经济总量的不断提升, 各行各业对于煤炭的需求越来越大, 煤炭开采业面临的压力也与日俱增。作为煤炭开采领域中的重要施工方法, 深部大断面岩巷快速掘进技术受到了越来越多的重视, 在实践中获得了飞速发展。
1 深部大断面岩巷快速掘进技术概述
我国国土面积广袤, 地质条件复杂多变, 在进行煤矿开采作业时, 常常会遇到巷道断崖面面积较大、深度较深的情况。这种情况在煤炭开采行业中称之为深部大断面岩巷。围绕深部大断面岩巷所带来的各种问题, 我国煤矿行业相关单位进行了大规模的研究开发工作。截至目前, 我国深部大断面岩巷快速掘进技术已经发展到较高水平, 能够较好地解决煤矿挖掘作业中深部大断面岩巷挖掘作业中遇到的各类问题。当前我国煤矿行业实际工作中, 还有很多企业使用气腿式钻机进行打眼爆破操作, 该方法出现时间已久, 具有操作简单的特点, 但其技术局限性制约了施工的高效开展。在针对深部大断面岩巷掘进施工时, 需要对帮部和拱部进行多次爆破作业才能达到设计要求。另外, 我国部分煤矿位于高低环境。传统的气腿式钻机对于高低环境下的地质条件和岩石种类缺乏足够的适应性, 工作能力达不到深部大断面岩巷施工要求。针对这个问题, 同时也为了进一步提高煤炭生产效率, 煤炭企业将风动钻机与耙斗装载机两种作业设备配套使用进行爆破作业, 充分发挥各自功效, 极大地提高了爆破施工效率。此外, 在掘进施工中, 将液压钻机和侧卸式装岩机配合使用进行掘进作业, 不仅施工效率高, 还有利于围岩的稳定性, 确保了施工安全。上述一系列方法的结合使用, 在深部大断面岩巷快速掘进施工中发挥了巨大的促进与保障作用, 有力地促进我国煤矿开采业的发展。
2 深部大断面岩巷一次中深孔爆破掘进技术分析
在深部大断面岩巷快速掘进施工中, 爆破作业的质量水平至关重要, 质量过硬的爆破作业对后续工序的顺利开展极为有利。
2.1 深部大断面岩巷的掏槽施工
掏槽作业是深部大断面岩巷掘进工程中爆破作业的重要环节, 其目的是采用集中式的方法对巷道内段结构安装炸药, 辅以自由楼都是爆破进行施工。在进行掏槽作业时, 要以条形炸药在巷道中的爆破范围为基础计算、设置槽眼距离。对于深部大断面岩巷掘进施工来说, 通常情况下要满足爆破要求, 槽眼的深度一般控制在2米。槽孔结构一般采用多对斜眼孔复式结构, 各斜眼孔有效间距要控制在2.3米, 以确保爆破效果的最大化。
2.2 深部大断面岩巷掏槽孔设置分析
深部大断面岩巷施工条件复杂, 在进行掏槽孔作业时面对的困难较多。由于作业范围有限, 往往会遇到大体积石块爆破作业时不能抛出的问题, 影响了爆破眼的使用效能。为解决这个问题, 技术人员采用在掏槽孔内加设中心孔的方法, 该中心孔使用集中爆破方式, 此处进行爆破作业, 爆破效果大幅提升, 提高了爆破作业排除碎石的能力。许多按原方法难以抛出的大块岩石得以抛出。采用掏槽孔中心孔的方式, 不但有利于岩石抛出, 还有利于抑制岩石再生, 从而保证了掏槽孔的有效深度, 顺利解决了掏槽眼使用效率不高的问题。此外, 由于中心孔位于掏槽孔中心位置, 在爆破过程中会发挥空孔导向的作用, 从而进一步提高了岩石抛出能力。
2.3 深部大断面岩巷辅助眼和周边眼设置要求
要保障深部大断面岩巷快速掘进爆破的效果, 在做好掏槽孔施工的同时, 还要做好配套的辅助眼和周边眼作业。这两种孔眼存在的根本意义是增加掏槽面积, 为巷道掘进设置好骨架。在进行辅助眼设计时, 要根据深部大断面岩巷结构及围岩的具体情况科学设置辅助眼孔径大型和距离等参数。在进行辅助眼施工时, 要注意其掘进方向与工作面必须保持垂直, 各辅助眼要均匀分布于套槽眼和周边眼附近。辅助眼孔深与周边眼相同, 与周边眼的距离要控制在施工允许范围内。此外, 周边眼装药量也是对爆破作业影响重大的因素, 必须严格控制, 保障爆破后深部大断面岩巷的巷道成型质量并将爆破对周边岩层的破坏控制在最低范围内, 为后续施工夯实基础。
2.4 深部大断面岩巷掘进爆破作业应急处理措施
在进行深部大断面岩掘进爆破作业时, 如果爆破强度足够大, 会导致一定程度的微差起爆现象。引发微差起爆的根本原因是上一时间段的起爆炸药为下一起爆段的炸药提供了自由面。微差起爆的发生, 使得爆破作业效果整体下降。为避免微差起爆现象的发生, 在进行大断面岩巷掘进爆破时必须对槽眼、爆破中心孔、周边眼各位置爆破的时间予以足够精确的控制, 这是进行深部大断面岩巷掘进爆破的技术重点。爆破时爆破位置起爆微差要控制在每秒100米以内。此外, 掏槽眼和中心孔间的之间的延时必须控制在每秒20米以内, 以确保周边眼延时时间符合规定要求。
3 深部大断面岩巷掘进中全面多重锚固支护技术分析
随着煤矿开采事业的不断推进, 开采深度逐渐加大, 地层条件和岩层特性都和浅层施工有了巨大的差异, 给深部大断面岩巷掘进施工带来更高的难度和更大的危险性。传统的掘进支护方法在支护界面相交位置存在薄弱环节, 给岩巷后期施工带来较大安全隐患。同时, 传统支护技术主要用于浅层施工, 作为传统支护技术的主要组成, 一次锚固支护技术难以满足深部大断面岩巷的掘进支护要求。为此, 技术人员开发出深部大断面岩巷掘进中全面多重锚固支护技术用以解决新条件下的支护问题。
一是使用混凝土对爆破后的巷道两侧岩层进行填筑加固, 增强结构稳定性, 弥补爆破给岩层造成的破坏。由于作业及时, 可以有效避免地下空气中的水分对岩石裂缝的进一步侵蚀, 防止岩石受潮风化。二是使用锚固法对混凝土填筑完成后的巷道进行支护, 然后再进行第二次混凝土填筑施工。随后进行第二次锚固支护作用, 并设置锚杆压力网, 同时使用混凝土抗氧化剂进行增强, 从而建成永久性的支护体系。
4 结束语
深部大断面岩巷快速掘进技术是我国煤矿巷道掘进施工领域的重要施工方法, 在掘进速度、施工质量和安全可靠性方面都有着十分重要的意义。由于深部大断面岩巷掘进面对的施工环境十分复杂, 在巷道掘进施工过程中, 技术人员必须仔细观察、全面收集巷道具体信息, 根据实际情况调整工艺、设置参数, 结合工艺和施工设备进行施工方案设计, 确保工程顺利推进, 为煤炭开采作业的高效实施奠定基础。
参考文献
[l]李清, 杨仁树, 汤增陆, 等.深部大断面岩巷快速掘进技术研究[J].煤炭科学技术, 2013, 34 (10) :l-4.
[2]马新亮, 宋培卿, 岳之顺, 等.济三煤矿岩巷快速掘进技术研究与应用[J].山东煤炭科技, 2011 (5) :109-109+111.
深部岩巷围岩 篇3
关键词：松散围岩,马丽散,锚网喷,安全,技术
0 引言
江苏宏安集团瓦庄煤矿为国有煤矿, 立井开拓, 开采下二迭统下石盒子组、山西组煤层, 地层为海陆交互相沉积, 岩性组合以泥岩、砂质泥岩、细至中粗砂岩为主, 岩层产状主体为一向东倾伏的向斜构造。矿区共发育大中型断层3条, 小断层发育, 地质构造复杂程度属中等。矿井主要生产水平为-320 m水平, 主要运输大巷及硐室工程均布置在下石盒子组煤层底板中, 支护形式为梯形棚支护。-320 m水平主运输巷因服务时间长和工作面采动影响, 巷道变形严重。在进行常规的巷道修护过程中, 拆旧棚时经常发生冒顶折帮情况, 无论是架棚支护还是锚网喷支护效果都不好, 施工进度慢, 安全管理难度大。经采用先注高分子材料马丽散进行主动加固, 后进行锚网喷的主动支护技术后, 在旧巷修复工程中取得了良好的安全经济效果。
1 工程概况
瓦庄煤矿-320 m水平运输巷为矿井主要运输大巷, 连接-320 m水平井底车场, 因该大巷变形严重, 决定对此旧巷进行锚喷支护工艺改造, 工程量720 m。该旧巷道为梯形棚支护, 因施工年代已30多年, 部分地段围岩风化、破碎严重, 且受其周边煤层采动影响, 在进行常规锚喷改造施工时, 巷道顶板、两帮极易折帮冒顶, 修复时很难控制。由于巷道围岩松散, 巷修过程中出现过一次冒顶3.5 m高度的记录, 给巷道维修施工带来很大麻烦, 工程施工进展缓慢, 也存在较大安全隐患, 给施工人员带来安全威胁。该巷道穿过5条落差为2~10 m的断层, 围岩较为复杂, 有中细粒砂岩、砂泥岩、泥岩、泥页岩等, 断层处裂隙较为发育。通过采用喷浆对帮顶进行固化等措施施工效果不佳, 经多方考察调研, 决定采用高分子材料马丽散对旧巷破碎地点进行注浆充填加固, 然后再进行锚网喷支护。
2 支护技术分析
2.1 巷道围岩加固方法分析
瓦庄煤矿-320 m水平运输大巷为梯形棚支护, 因服务时间长, 巷道变形量大, 围岩松散破碎, 构造处裂隙发育, 在对巷道进行锚喷支护改造过程中, 拉棚以后顶板极易变形或塌落。修复前该巷道断面已基本稳定, 其改造时的支护受力大多由岩体变形和破碎造成。若在巷道修复以前, 首先超前注马丽散胶凝材料, 利用马丽散胶的凝聚力提前对围岩实施加固, 拉棚后立即用锚杆、锚索把破碎岩石穿起来, 利用锚索预紧力使破碎围岩与稳定岩层咬合在一起, 提高围岩的强度, 阻止松散岩体掉落并抵制浅部岩体扩容和离层[1]。铺设金属网后, 能及时阻止小块活石掉落, 避免围岩中的裂隙进一步发展;同时也能使巷道周边松散岩块的不均匀松散压力成为相对均匀的压力圈, 并保持锚杆、索始终处于锁紧状态。及时喷射砂浆喷层对围岩起到了有效的封闭作用, 使围岩强度长期保持在一个较高水平。
2.2 马丽散的作用机理
马丽散是由两种成分组成的聚亚胶脂产品, 具有高度粘合力和很好的机械性能, 柔韧性好。高分子材料马丽散可通过一定量的加速剂提高产品的反应速度, 注入松散岩层后, 低粘度混合物保持液体状态几秒钟, 渗透围岩裂隙, 发生膨胀和粘结, 有效地加固巷道围岩松动圈, 使之成为整体, 提高围岩的整体承载能力, 从而控制巷道顶板的垮落。
2.3 锚杆支护机理分析
巷道松散围岩经注马丽散胶进行加固后, 相当于围岩仅产生塑性破坏, 这种条件下锚杆支护对提高围岩的残余强度及承载能力有显著效果;锚杆与其锚固范围内的岩体构成一种组合型锚固支护体, 在锚杆的约束与抗剪作用下, 使塑性破坏后易于松动的岩体形成具有一定承载能力, 并可适应围岩变形的平衡拱, 从而提高岩体的整体性, 防止顶板松散冒落, 锚固平衡拱内存在着关键承载环, 对巷道顶板可起到有效的支承作用。采取组合锚杆支护方式, 用金属网及钢带梁把锚杆联结起来, 从而对顶板起到整体加固作用。此外, 由于顶板与上部稳定岩层界面上容易产生离层现象, 导致顶板下沉, 当锚固体不能承受顶板压力时, 甚至会造成顶板冒落。在这种条件下, 最有效的方法就是采用锚索进行补强加固。锚索的锚固深度大, 承载能力高, 并可施加100 kN以上的预紧力, 因此可以有效地增加关键承载环的厚度, 起到防止顶板再次破坏冒落的作用。
综合以上分析, 采用对旧巷松散岩层先进行注马丽散胶进行加固, 后进行锚索网支护施工方法是可行的。
3 施工工艺
3.1 施工工艺流程
注马丽散树脂施工工艺:打眼→埋设注浆管→安装封口器→用高压胶管连接注射枪和注浆泵→将两根吸管分别插入装有马丽散树脂和催化剂的桶内→开泵注浆→冲洗机具→停泵→拆卸注射枪。
支护工艺流程:拆棚→找帮顶→临时支护→打锚杆、锚索眼→撤临时支护→挂网锚固→喷浆支护。
3.2 注浆施工方法
施工材料及工具:马丽散树脂和催化剂, 复合型气泵1台, 混合注射枪, 2根高压软管, 风钻1台, 钻杆直径为38 mm, 4'钢管若干米, 棉纱等。
两帮打眼垂直巷帮, 距顶板1 m左右, 每排一个, 眼间距2.5 m, 眼深2.5 m, 孔径为42 mm。顶部打眼, 仰角6°~8°, 眼间距1.5 m, 眼深3 m孔径42 mm。
根据有关操作规范组装好气泵及附件, 然后将两根吸管分别插入到马丽散树脂桶和催化剂桶中。打开气泵开关, 活塞在气马达作用下运动, 压力使原料经过活塞进入输送管到注液枪, 通过马达不断加压, 混合液通过注射管注射到岩壁中, 注液至周边围岩裂隙出现渗液为止, 用棉纱封堵注液管口。混合液在压力作用下渗透到巷帮、顶裂隙中并很快地凝固成固体, 从而完成对围岩的加固。
施工中的注意事项:马丽散药剂具有腐蚀性, 如不慎沾到皮肤上要立即用清洁剂清洗;每一孔注射结束后, 应立即将两根吸管插入油水混合液中清洗泵体、管路及注液枪;注射过程中如压力达到5 MPa仍继续上升则立即停泵, 检查注射枪是否堵塞;注射过程中两侧人员准备好棉纱, 一旦混合液渗出, 立即堵漏。
3.3 施工工艺要求
根据具体的现场条件随时调整支护设计, 与巷道所穿越的地质条件变化的实际情况相符合, 防止工程浪费, 保证支护安全有效;每孔注浆量根据围岩情况和注浆压力确定, 施工时严格控制注浆压力, 当注浆压力达到3~5 MPa或出现大面积漏浆时, 即可换孔注浆或停止注浆。注浆顺序为由下而上, 由外到里进行;根据顶板破碎情况, 锚杆眼孔深控制在2~4 m, 锚索眼孔深5~10 m;顶板破碎处挂网后要及时喷浆, 防止表面围岩风化脱落降低锚杆、锚索的预紧力;顶板较完整, 且无变形的部分, 可先注浆后直接打锚杆喷浆支护;注浆前对老棚进行加固, 注浆超前作业面距离不得少于5 m;拆棚后临时支护用单体液压支柱, 严格控制锚杆、锚索的施工质量, 锚杆以加固作用为主, 使其锚固范围内的顶部岩石形成“锚固平衡拱”, 锚索以悬吊作用为主, 把潜在冒落范围内的顶板悬吊在上部比较稳定的顶板岩层上, 加大“锚固平衡拱”厚度, 阻止顶板下沉及冒落。
4 支护效果
马丽散是一种化学注浆材料, 具有设备和材料轻便、简易, 易于人工搬运, 施工中占用空间小, 机械操作简单, 故障率低, 见效 (下转第60页) (上接第47页) 快, 可直接布眼施工, 工艺简单, 操作简便。采用马丽散加固岩体, 能很快固结破碎岩石或松散岩体, 形成拱形加固带, 增加围岩的整体强度, 增大了修复巷道时的安全系数。注马丽散前, 巷道顶板是破碎的易冒落岩石, 掉顶后人工装顶极不安全, 注马丽散后, 顶板状况良好, 未发生冒顶现象, 保证了施工进度, 提高了施工作业的安全可靠性。
巷道注马丽散再采用锚网喷支护后, 在使用过程中, 支护效果良好, 围岩喷层没有出现任何变形。
5 结语
瓦庄煤矿使用提前注马丽散胶和用锚网喷支护形式支护松散破碎围岩的技术, 成功改造旧巷的经验表明, 注马丽散胶先对破碎松散岩体进行粘结, 形成整体, 锚网喷支护能及时有效地将围岩控制在相对自稳期内, 积极保证围岩强度, 充分利用和发挥围岩自身的承载能力, 提高了施工进度和安全性, 取得了良好的安全经济效果。在改造围岩松散破碎老巷中采用提前注马丽散胶+锚网喷支护方法, 技术可行, 安全有效。
参考文献
深部岩巷围岩 篇4
1锚网喷支护方式的力学分析
通过对掘进巷道内围岩应力的分析得知, 未经采动的岩体, 在巷道开掘以前通常处于弹性变形状态, 岩体的原始铅直应力等于上部覆盖岩层所受的重力, 巷道处于-850 m水平, 岩体的铅直应力很大。巷道开掘后原岩应力重新分布, 巷道围岩内出现应力集中。如果围岩应力小于岩体强度, 围岩仍处于弹性状态。围岩应力可用弹性力学方法按平面应变问题计算。从极限平衡理论得知:巷道的周边位移随巷道所在位置原岩应力的增大而增大。围岩在进入掘进松动前就及时支护, 使人工后期的支护与围岩形成卸载和应力降低区, 巷道的周边位移会受到限制。反之, 围岩的变形和位移就能自由发展, 最终必将导致松动压力的出现。若其变形及位移继续发展, 支护结构便承受松动压力。巷道支护的主要作用是限制围岩位移的增大, 改善围岩的应力状态, 阻止围岩松散范围的增大。锚网喷支护金属网弹性好, 能够根据围岩的形状与围岩紧密贴合, 从而形成整体的支护体;金属网可防止小块活石片下落, 避免围岩中的裂隙进一步发展。同时所喷射的砂浆喷层对围岩起到有效的封闭作用, 防止围岩风化。此支护形式喷层和围岩紧密结合, 锚杆深入围岩内部, 由喷层、锚杆、金属网、围岩组成了一种承载结构, 共同承载负荷, 形成了一个整体。因此, 锚网喷支护能有效地控制围岩变形。
2深部岩巷交岔点锚网喷支护试验
2.1试验地点概况
试验地点位于钱家营矿业分公司-850 m水平东翼轨道运输大巷与-780 m水平斜山下车场交岔点, 岩性为深灰色粉砂岩, 跨度4.8～10.2 m, 围岩具有变形快、易风化、易冒落的特性, 并有少量淋水。
2.2锚杆参数选择
巷道断面为拱形断面, 荒断面规格为4.8 m×3.5 m (宽×高) 。
2.2.1锚杆长度
(1) 按加固拱理论计算:
L=Lm+Lb
Lm=N (1.1+B/10)
式中, L为锚杆长度;Lm为锚固长度;N为围岩稳定性影响系数, 取1.05;B为巷道宽度, 取4.8 m;Lb为托盘高度 (10 mm) +螺母厚度 (30 mm) +锚杆外露 (50 mm) 。
Lm=1.66 m, Lb=0.09 m, L=Lm+Lb=1.75 m<1.8 m。
(2) 按冒落拱高度H计算锚杆长度L:
H=[B/2+htan (45-φ帮/2) °]/f顶
式中, h为巷道高度, 取3.5 m;f顶为顶板岩石普氏硬度系数, 取6;φ帮为帮岩体的内摩擦角, 取15°。
H=0.848 m
L=H+L1+ Lb
式中, L1为锚杆锚入稳定岩层的深度, 取0.5 m。
则 L=H+L1+ Lb=1.438 m<1.8 m
根据计算并结合实际情况, 锚杆长度取1.8 m。
2.2.2锚杆间、排距
根据锚固力大于等于被悬吊软弱岩层或冒落高度岩层所受重力的原则:
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式中, D为锚杆间、排距;Q为锚杆锚固力, 取68.6 kN;K为安全系数, 取2;H为软岩厚度 (冒落拱高度) , 0.848 m;γ为岩石容重, 取27 kN/m3。
则 D≤1.498 m
根据计算, 锚杆间、排距取1.0 m。
2.2.3锚杆强度
Ø22.5 mm螺纹钢锚杆单体承载力为70 kN, 单体抗拉强度490 MPa。锚杆最薄弱部位为杆尾螺纹部分, 杆尾螺纹部分承载力最低16.8 kN。锚杆最小变形强度 (屈服强度) 为91.27 kN。岩石实体密度最大为2.77 t/m3。锚杆按照1.0 m间排距布置, 误差0.1 m, 按照锚杆悬吊理论考虑, 锚固深度按照1.75 m计算, 则所承受的岩石重力为58.7 kN<70 kN。
2.2.4锚杆直径
按杆体承载力与锚固力等强度原则
P= (π/4) d2σt
由P=Q, 得:undefined。其中, Q按现场提供的数据为68.6 kN;σt为杆体材料的设计抗拉强度, 取24.11 MPa。故d=19.06 mm。
施工中使用锚杆Ø22.5 mm>19.06 mm, 所以使用Ø22.5 mm的锚杆比较合理。
根据验算, 结合该公司现有支护材料, 选用右旋螺纹钢树脂锚杆, 规格为Ø22.5 mm×1 800 mm, 能满足施工要求。
2.3喷层厚度与钢筋网的确定
喷射混凝土主要用于封闭围岩表层, 与围岩牢固黏结, 以充分发挥围岩的自承作用, 并确保锚杆形成的组合拱更加稳定。钢筋网是为保证混凝土完整性, 防止喷层开裂, 增强喷层的抗拉和抗剪强度。
混凝土喷层厚度为150 mm, 采用复喷方式达到设计要求, 标号为C15。钢筋网采用Ø16 mm钢筋, 规格为1 000 mm×1 000 mm, 网格为100 mm×100 mm。
3施工技术要求
3.1初次支护
采用初次喷射厚度不小于50 mm混凝土封闭围岩, 防止风化, 并使喷层与围岩紧密结合在一起, 形成稳固的混凝土防护层。
3.2二次支护
采用Ø22.5 mm×1 800 mm右旋螺纹钢树脂锚杆, 锚固剂不少于2卷, 自巷道底0.6 m以上打起, 锚杆间排距1 m, 与巷道轮廓面不小于75°布置, 用200 mm×200 mm×20 mm的锚杆托盘把钢筋网压好。钢筋网片之间逐点捆扎, 然后复喷混凝土使其厚度达到设计150 mm, 形成稳固的组合拱结构。
最后为了加固深部巷道围岩, 又按照间排距3 m在交岔点加打9根锚索。锚索长度8 m, 设计安装深度7.7 m, 托盘为不小于300 mm×300 mm×20 mm的托盘, 材料用厚度为20 mm的钢板。每眼装入6卷以上330 mm长的药卷。
4结语
在深部岩巷交岔点施工中, 完善了施工工艺, 改进了以往的施工方法, 采用联合支护, 增加了深部巷道交岔点承受地压能力;采用锚索加强支护, 提高了安全系数。该交岔点自2004年初施工完毕至今已经5 a, 支护效果良好, 未出现变形裂浆现象, 使后期巷道维护减少了90%的费用, 为深部巷道支护技术的应用打下了基础。
摘要：深部岩层中的巷道支护是一个难题, 尤其是跨度大的交岔点, 支护更困难。开滦集团钱家营矿业分公司在-850m水平东翼轨道运输大巷与-780m水平斜山下车场交岔点采用锚网喷支护, 有效地控制了深部巷道围岩变形, 取得了明显的经济效果。
关键词：深部岩巷交岔点,巷道支护,锚网喷联合支护
参考文献
[1]钱鸣高, 石平五.矿山压力与岩层控制[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2003.