b080202_錨、網(wǎng)、帶、噴+注漿聯(lián)合支護(hù)技術(shù)在極軟巖巷道中的應(yīng)用

1、<p>　　錨、網(wǎng)、帶、噴+注漿聯(lián)合支護(hù)技術(shù)在極軟巖巷道中的應(yīng)用</p><p>　　李樹清[1] 李達(dá)軍[2] </p><p>　　【1．湖南科技大學(xué)，湖南 湘潭 4112011；2.湘煤集團(tuán)牛馬司礦業(yè)公司，湖南 邵東 422807】</p><p>　　摘 要 水井頭煤礦-300水平332下山為極軟巖巷道，圍巖松散破碎，圍巖中含有大量膨脹性礦物質(zhì)

2、。在分析了巷道破壞原因的基礎(chǔ)上，提出了錨、網(wǎng)、帶、噴、注聯(lián)合支護(hù)的施工方案，并進(jìn)行了工業(yè)性試驗。試驗表明，該技術(shù)支護(hù)效果良好，并取得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　關(guān)鍵詞 極軟巖 變形機理 錨、網(wǎng)、帶、噴+注漿 聯(lián)合支護(hù)</p><p>　　-----------------------------------------------------------------------&

3、lt;/p><p><b>　　1 工程背景</b></p><p>　　湘煤集團(tuán)牛馬司實業(yè)有限公司水井頭煤礦-300水平332下山埋深550～600m，布置在Ⅶ煤底板，距Ⅱ煤20～45m左右，一般順層布置，有時穿層。揭穿的圍巖主要有深灰色砂質(zhì)泥巖、灰色薄層狀粉砂巖、淺灰色—灰色中厚層狀細(xì)砂巖（平行層理）、淺灰色厚—中厚層狀中粒砂巖（鈣泥質(zhì)膠結(jié)、平行層理）。圍巖節(jié)理裂隙均

4、非常發(fā)育。</p><p>　　-300水平332下山巷道原設(shè)計毛斷面為7.09m2，凈斷面為6.29m2。原采用光面爆破，錨、網(wǎng)、噴支護(hù)。支護(hù)參數(shù)為：采用直徑20mm、長2000mm的等強螺紋鋼無縱筋錨桿，錨桿間排距為700×700（mm），用樹脂錨固劑卷錨固，混凝土噴層厚度為80～100mm。</p><p>　　該巷道自開掘到現(xiàn)在已經(jīng)歷多年，巷道已變形嚴(yán)重，由此帶來大量的維

5、護(hù)工作，導(dǎo)致巷道掘進(jìn)速度緩慢，有些區(qū)段已多次翻修。巷道的變形狀況因圍巖巖性的不同而存在一定的差別。一部分巖性較好的圍巖較完整，巷道變形較小。大部分巷道兩幫大量變形，底臌嚴(yán)重，每年落底3～4次，每次落底量在300 mm左右。巷道斷面原設(shè)計寬度為2.4m，變形嚴(yán)重時巷道寬度只有1.2m左右。巷道變形成為制約水井頭煤礦安全、高效生產(chǎn)的瓶頸。</p><p>　　2 巷道破壞原因分析</p><p&

6、gt;　　引起巷道變形的力學(xué)機理較為復(fù)雜，影響因素較多，不僅與巖石本身的物理力學(xué)性質(zhì)、礦物成份等有關(guān)，而且與巷道的力學(xué)環(huán)境及支護(hù)方式有關(guān)[1-3]。根據(jù)巷道變形、破壞情況，經(jīng)現(xiàn)場觀測和理論分析，認(rèn)為影響該巷道穩(wěn)定、造成巷道破壞的主要原因為：</p><p>　?。?）圍巖性質(zhì)的影響</p><p>　　通過對332下山圍巖礦物成分進(jìn)行X衍射試驗，發(fā)現(xiàn)圍巖中含有大量的蒙脫石、高嶺石和伊利石等

7、膨脹、軟化性礦物成分。這些含粘土性礦物的巖層強度低，易破裂，遇水軟化、膨脹，是引起巷道劇烈變形的重要原因。</p><p>　　（2）支護(hù)方式的影響</p><p>　　從已修復(fù)的巷道測得圍巖松動圈厚度為2.25～2.45m，而原來設(shè)計的錨桿長度只有2m，提供的支護(hù)強度較小，對圍巖加固的范圍較小，不能控制巷道圍巖較大范圍的變形，不能促使巷道周邊圍巖承載結(jié)構(gòu)的形成和穩(wěn)定。因此，圍巖破碎范圍不

8、斷加大，圍巖變形不斷發(fā)展。另外，該巷道沒有采取控制底臌的有效措施（沒有施工底角錨桿），在較高的垂直應(yīng)力的作用下，兩幫巖體壓迫底板圍巖，導(dǎo)致底臌嚴(yán)重。</p><p>　　（3）巷道掘進(jìn)施工的影響</p><p>　　該礦以前采用光爆施工不規(guī)范，對巷道圍巖的震動破壞大，造成圍巖裂隙發(fā)展和松動范圍加大，大大降低了圍巖的強度和自承能力。另外，巷道成型差，超挖量大，導(dǎo)致局部應(yīng)力集中，弱化了圍巖強度

9、。</p><p>　　3 支護(hù)方案的確定</p><p>　　根據(jù)上述對該巷道破壞原因分析，提出的支護(hù)措施為：封閉圍巖、提高圍巖強度、預(yù)留變形和加固底角。具體的巷道支護(hù)方案為：</p><p>　?、俟饷姹?，預(yù)留200mm的變形；</p><p>　?、诔鯂娀炷练忾]圍巖；</p><p><b>　　

10、③錨網(wǎng)鋼帶支護(hù)；</b></p><p>　?、車娚浠炷?，厚度為20~30mm，以保證注漿壓力和注漿效果；</p><p><b>　?、葑{；</b></p><p>　　⑥噴射混凝土，作為永久支護(hù)。</p><p>　　為了有效控制底臌，開巷后應(yīng)盡早加固巷道軟弱圍巖的幫和底角。由于減弱巷道角部應(yīng)力集中程

11、度，在兩幫和角部形成自承能力較高的承載體，這樣可以有效控制兩幫和底角圍巖塑性區(qū)的發(fā)展，提高巷道兩幫與底角圍巖的自承能力，減小兩幫的塑性變形及由于兩幫破裂圍巖壓縮下沉造成的底板向巷道空間的滑移量、體積膨脹量、頂板的離層和破裂，從而減少巷道底臌。加固底角包括底角錨桿和底角注漿兩項措施。底角錨桿、注漿孔從巷道的底角按45°傾角打入巖體。</p><p>　　4 支護(hù)方案的實施</p><

12、p>　　4.1 巷道斷面參數(shù)的確定</p><p>　　-300水平332下山斷面依然采用拱形設(shè)計，巷道掘進(jìn)斷面面積為7.8m2，掘進(jìn)寬度為3.0m，凈寬為2.8m。巷道變形后能夠保證正常的使用形狀和面積，變形后的凈斷面面積大于5.58m2，寬度大于2.4m。</p><p><b>　　4.2 支護(hù)參數(shù)</b></p><p>　　支護(hù)

13、參數(shù)包括一次支護(hù)參數(shù)和二次支護(hù)參數(shù)。</p><p><b>　　（1）一次支護(hù)</b></p><p>　　一次支護(hù)包括錨、網(wǎng)、帶、噴+注漿支護(hù)。</p><p>　　采用直徑20mm、長2400mm的MnSi建筑螺紋鋼錨桿，用2卷直徑為23mm、長600mm的樹脂錨固劑卷加長錨固，錨桿間排距為600×650（mm）。鋼帶用直徑為1

14、2mm的圓鋼制成，長1900mm；護(hù)幫、護(hù)頂金屬網(wǎng)用直徑4mm的鋼絲制作、網(wǎng)孔為80×80（mm）；全斷面噴射混凝土。錨桿布置如圖1所示。</p><p>　　圖1 錨桿支護(hù)布置斷面示意圖</p><p>　　注漿采用高水速凝材料，注漿漿液水灰比為1.2︰1。注漿孔間距為1500mm，排距2000mm。注漿孔直徑為42mm，巷道頂、幫及底角注漿孔深3000mm，巷道底板注漿孔深2

15、000mm。采用雙液注漿工藝，注漿終壓為2MPa。需根據(jù)圍巖裂隙發(fā)育情況確定注漿時機。由于膨脹型軟巖巷道在掘進(jìn)早期就出現(xiàn)較大的變形，圍巖裂隙非常發(fā)育，因此注漿施工可在錨、網(wǎng)、帶、噴支護(hù)完成后立即進(jìn)行。根據(jù)現(xiàn)場施工的需要，注漿施工一般滯后掘進(jìn)迎頭7～10m進(jìn)行。注漿孔布置如圖2所示。</p><p>　　圖2 注漿孔布置示意圖</p><p><b>　?。?）二次支護(hù)</b

16、></p><p>　　二次支護(hù)包括復(fù)噴混凝土和復(fù)注漿。復(fù)噴混凝土厚度80～100mm。復(fù)注漿需要根據(jù)圍巖變形的情況具體確定，主要針對變形較嚴(yán)重的地段，注漿工藝同前所述。依據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測的結(jié)果，確定二次支護(hù)滯后迎頭60天。</p><p><b>　　4.3施工順序</b></p><p>　　巷道施工順序為：光面爆破→初噴混凝土→打錨桿→掛

17、網(wǎng)帶→噴射混凝土→打注漿孔→注漿→復(fù)噴混凝土及復(fù)注漿。</p><p><b>　　5 支護(hù)效果</b></p><p>　　該巷道2007年3月開始工業(yè)性試驗，試驗段巷道長50m，共布置5個測站，其中有代表性的2號測站的圍巖收斂變形觀測結(jié)果如圖3和4所示。從圖中可見，該巷道掘進(jìn)初期變形速度較大，兩幫移近和底臌速度達(dá)到10mm/d以上，而注漿后，巷道變形速度大幅度減緩

18、，說明注漿對控制極軟巖巷道變形有良好的效果。進(jìn)行二次支護(hù)后，巷道變形速度進(jìn)一步減緩，頂板基本不下沉，兩幫變形得到控制，底臌速度也很小，充分說明該巷道圍巖已趨于穩(wěn)定，提出的錨網(wǎng)帶噴注聯(lián)合支護(hù)方案已取得成功。</p><p>　　圖3 巷道變形量曲線圖</p><p>　　圖4 巷道變形速度曲線圖</p><p><b>　　6 結(jié) 語</b>

19、</p><p>　?、?極軟巖巷道圍巖松散破碎，圍巖中含有大量的蒙脫石、高嶺石、伊利石等膨脹性礦物成分，支護(hù)難度大，采用砌碹或錨、網(wǎng)、噴等支護(hù)方式不能保證巷道的長期穩(wěn)定，影響礦井安全生產(chǎn)。采用錨、網(wǎng)、帶、噴+注漿聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，巷道維護(hù)狀況大大改善。</p><p>　?、?極軟巖巷道圍巖控制的關(guān)鍵是提高巷道掘進(jìn)早期的支護(hù)強度、注漿加固圍巖和適時的二次支護(hù)。</p><

20、p>　?、?根據(jù)工程現(xiàn)場條件，優(yōu)化注漿參數(shù)，降低巷道支護(hù)成本是該支護(hù)技術(shù)有待進(jìn)一步研究的問題。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]何滿潮，景海河，孫曉明．軟巖工程力學(xué)[M]．科學(xué)出版社，2002.</p><p>　　[2]陳炎光，陸士良．中國煤礦巷道圍巖控制[M]．徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1994

21、. 455–481.</p><p>　　[3]王衛(wèi)軍，侯朝炯. 軟巖巷道支護(hù)參數(shù)優(yōu)化與工程實踐[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2000，19(5)：647–650.</p><p>　　第一作者簡介 李樹清 男，1969年出生，副教授，碩士，2003年畢業(yè)于中南大學(xué)安全技術(shù)及工程專業(yè)，1994年至今在湖南科技大學(xué)能源與安全工程學(xué)院安全工程系工作，目前主要從事礦山安全方面的教學(xué)和研究工作，主