高应力软岩巷道锚注支护研究

高应力软岩巷道锚注支护研究

王连国1,李明远2,易恭猷1

(1.山东科技大学土木工程系,山东泰安271019;　2.淮北矿业集团公司祁南煤矿,安徽宿州234000)

摘　要:针对祁南煤矿高应力构造复杂区软岩巷道破坏情况,提出对其治理的锚注联合支护方案,经在-550m运输石门实际应用表明,锚注支护不仅保持了巷道的稳定,而且还取得了显著的经济效益。

关键词:锚注支护;软岩巷道;高应力;构造复杂区中图分类号:TD353+.6　　　文献标识码:A

1　引　言

祁南煤矿位于宿州市祁县镇境内,矿井设计生产能力180万t/a,可采储量33459.2万t。矿井地面标高17.20～23.80m,一般22m左右,一水平标高-550m,井田开拓为立井、集中运输大巷、分区运输石门开拓,巷道埋深560～580m。祁南井田位于宿南向斜西南部转折带,地质构造复杂,原岩破坏严重,残余应力大,加之井田软岩分布广,支护条件复杂等特点,1992年12月主井开始破土动工,到1996年底之前施工的11870m巷道,80%不维修不能使用,10%严重失修威胁安全,破坏巷道支护形式包括锚喷、砌碹、29U型钢可缩性支架、现浇混凝土等。2　试验巷道工程概况

祁南煤矿-550m运输石门所处岩层大部分为泥岩或砂质泥岩,巷道围岩节理、裂隙发育,巷道开掘后来压快,初期变形大。巷道设计净宽4500mm,净高4050mm。原设计支护形式为锚喷支护,锚杆为󰀁42×1800mm管缝式锚杆,间排距800mm;喷层厚100mm,金属网由󰀁6.5m钢筋焊接而成。由于锚喷支护巷道破坏严重,后又改为29U型可缩性支架支护,但效果仍不理想,巷道变形依然严重。

如仍沿用原支护形式,必然造成巷道边施工,边修复的被动局面,不但影响巷道进尺,危及工人安全,而且还会造成严重的经济损失,因此必须改用适合高应力下软岩巷道特点的新型支护体系。3　锚注支护方案确定

从目前各类巷道的支护形式及支护效果上来

看,巷道的支护形式可分三层次:(1)各种型钢支架砌碹等被动支护形式;(2)以锚杆支护为主的改善巷道力学性能的主动支护形式;(3)即最高层次,是以从根本上改善岩体结构及力学性能的以注浆锚杆注浆加固为主的主动加固形式,支护层次越高,支护效果越好。

我们认为对-550m运输石门的支护,必须采用最高层次的支护形式,才能保证巷道的稳定,即采用光面爆破技术,保证尽量少扰动围岩,爆破后随即打顶帮锚杆,并挂钢丝绳纵横连接,组成组合锚杆结构,然后初喷混凝土,完成一次支护。随后进行巷道变形监测,当巷道变形速度。趋于稳定时,在顶帮布置注浆锚杆进行注浆,注浆完毕后上紧托盘,并复喷一层混凝土;为减少底臌,在巷道底角布置底角注浆锚杆进行注浆加固,以利浆液扩散至底板岩层中。另外考虑-550m运输石门围岩松软破碎,流变性大的特点,将巷道宽度较设计值加大400mm,高度加大200mm。其支护结构如图1所示。对于顶板非常破碎,随掘随冒地段,采用超前锚杆控制顶板。4　锚注支护参数选择

锚注支护所用材料主要包括:普通锚杆、内注浆锚杆、钢丝绳、树脂锚固剂、水泥、水玻璃、喷射混凝土等。

(1)普通锚杆:规格为󰀁20×2000mm,一个树脂锚固剂端锚,锚固力70kN。普通树脂锚杆全断面布置,间排距800mm。

(2)顶帮注浆锚杆:规格󰀁22×1800mm,采用1/2”黑铁管制作,壁厚4mm,杆体上顺序钻有󰀁6mm注浆孔,其结构如图2所示,封孔采用快硬水泥药卷。注浆锚杆全断面布置,间排距1600×

矿山压力与顶板管理　2000.№2　・19・作用,从而易于保证施工质量。

注浆施工工艺如图3所示。

图1　-550m中运石门锚注支护结构

1—普通锚杆;2—注浆锚杆;3—钢丝绳初喷层;

4—复喷层;5—底角注浆锚杆

图3　注浆施工工艺流程

在该石门,每孔平均注1.0袋水泥。注浆施工时,浆液随围岩裂隙发育程度不同,其扩散半径变化较大,平均扩散范围1.5～2.0m。6　支护效果分析

采用锚注联合支护体系,在该石门的施工过程中,无论是施工速度、施工安全,还是保持巷道稳定性方面均体现出其独特的优越性。

(1)施工速度。该巷采用锚注支护技术的新施工段最高月进124m,最低60m,扣除处理瓦斯突出等因素的影响,平均月进91m,而架棚支护最高月进60m,最低30m,平均45m,可见采用锚注支护比架棚支护施工速度提高了1倍。

(2)施工安全。通过纵横挂设钢丝绳,将普通锚杆连成一体而形成组合锚杆,预防了局冒,保证了施工场所的安全。

(3)巷道的稳定性。该石门自1996年11月开始采用锚注支护技术施工巷道1326m,据观测,巷道变形量较小,无喷层开裂等现象,两帮相对位移在150mm以下,顶板下沉在130mm以下,底鼓量在180mm以下。7　经济效益分析

该石门采用锚注支护每米成本2531.27元,采用29U型钢可缩性支架支护每米成本6780.5元,每进尺1m巷道节约成本4249.3元,施工巷道1326m,节约成本563.4万元。

目前祁南煤矿采用锚注支护施工的新掘及修复巷道共有5301m,平均每米较采用29U型钢可缩性支架支护节约成本4600.61元,节约费用高达2304.34万元,其经济效益相当可观。

(收稿日期:1999-11-19;责任编辑:尤里)

图2　注浆锚杆结构

800mm。

(3)底角注浆锚杆:规格同顶帮锚杆,排距800mm,下扎角度30～45°。

(4)钢丝绳:采用废旧钢丝绳。

(5)喷射混凝土:强度等级为C20,初喷层厚80mm,复喷层厚70mm,配合比1∶2∶2。(6)注浆参数:采用水泥水玻璃单液浆,水泥采用525#普通硅酸盐水泥,水玻璃浓度为45Be’,用量为水泥重量的3～5%,水灰比0.7～1.0。注浆压力1.0～1.5MPa,最大注浆压力4.0MPa,单孔最大注浆量160L。5　施工工艺

-550m运输石门锚注支护施工工艺为:打眼放炮→打顶锚杆孔→安装顶锚杆→挂钢丝绳及上托盘→初喷顶层混凝土→出矸→打两帮锚杆孔→挂两帮钢丝绳并上托盘→初喷两帮混凝土(有扒装机时移机后进行)→打注浆锚杆孔→安装注浆锚杆→注底角注浆锚杆→注帮注浆锚杆→注顶注浆锚杆→复喷混凝土→复注。

注浆时采用自下而上、左右顺序作业,先注底角锚杆,再注两帮,最后注顶锚杆。注浆完毕后,根据观测结果确定是否复注及复注位置,主要是对初注时注浆效果较差的个别孔或水泥凝结硬化时产生的收缩变形部位,通过复注可起到补注和加固

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