大断面硐室返修加固支护技术研究与应用_梁斌.pdf

大断面硐室返修加固支护技术研究与应用 梁斌 （山西汾西矿业 （集团 ） 有限责任公司曙光煤矿， 山西 孝义 032300 ） 摘要 为有效控制曙光煤矿 585 水平中央水泵房围岩的失稳破坏， 通过现场调研、 钻孔窥视等方 法， 掌握硐室表面及深部围岩的破坏情况， 围岩内存在三个相互独立的破碎区， 据此提出层次注浆 高强稳定型锚梁网索修复加固技术， 返修加固完成后进行矿压监测， 结果表明； 修复半年后顶底板移 近量稳定在 70mm以下， 两帮移近量稳定在 40mm以下， 硐室围岩变形及顶板深部岩层离层现象得到 有效的控制， 所设计的返修加固方案应用效果良好。 关键词 大断面 ； 钻孔窥视 ； 联合支护 ； 注浆加固 中图分类号 TD353文献标志码 A文章编号 1009- 0797 （2020 ） 05- 0052- 04 Research and Application of Reinforcement and Support Technology for Large Section Chamber LIANG Bin （Shanxi FenXi mininggroupco., LTDShuguangMine ，Xiaoyi 032300 ， China ） AbstractIn order to effectively control the instability and damage of the surrounding rock of the 585 horizontal central pump house in ShuguangCoal Mine, through field surveys and drillingpeepingtograsp the damage ofthe chamber surface and deep surroundingrocks, there are three independent broken rocks in the surrounding rocks. Based on this, a layer grouting high- strength stable anchor beam mesh cable repair and reinforcement technology is proposed, and the mine pressure monitoring is pered after the completion of rework and reinforcement, and the results showthat the top and bottomplate approach amount stabilized below70mmafter twoyears ofrepair, and the two groups approach amount Stability below40mm, the deation ofthe surrounding rock of the chamber and the delamination of the deep rock layer in the roofare effectivelycontrolled, and the designed repair and reinforcement scheme has a good application effect. KeywordsLarge section ; drillingpeep ; joint support ; groutingreinforcement 1工程概况 山西汾西矿业 （集团） 有限责任公司曙光煤矿 主要位于山西省中部孝义市，主采 2、 3 号煤层， 现 矿井生产能力为 90 万 t/a， 开采 2 号煤层， 平均厚度 为 2.85m， 煤层倾角 2～6， 平均 4， 矿井开采上 组煤时设一个开采水平， 水平标高 585m。曙光煤 矿 585 水平中央水泵房直接顶厚约 3.2m 的泥岩， 岩性为灰黑色， 砂泥质结构， 均匀层理， 含丰富的植 物化石， 具滑面； 老顶厚约 2.35m 的砂质泥岩， 黑灰 色， 砂泥岩结构， 具滑面， 均匀层理； 直接底厚约 2.7m 的中粒砂岩， 岩性为深灰色， 中粒砂状结构， 泥 质充填， 分选性好， 次棱角状。随着曙光煤矿生产年 限的增加， 585 水平中央水泵房的失稳破坏明显， 需要采取适当的返修加固措施。 2硐室围岩破坏情况 2.1中央水泵房原有支护 曙光煤业 585 水平中央水泵房断面为直墙拱 形， 巷道净断面要求宽度为 4.8m， 净高 5.6m， 采用 锚网喷支护，拱顶及两帮采用规格为 Ф22mm L2400mm 的高强螺纹钢锚杆，间距排距 900 900mm，采用规格为 1501508mm 的钢制平托 盘， 同排锚杆间通过 W 型钢带联结， 采用 2360 型和 2335 型树脂锚固剂各一支进行加长锚固， 锚杆安装 预 紧 力 距 150N m。 拱 顶 锚 索 采 用 规 格 为 Ф21.6mmL6200mm 的 17 钢绞线，配套采用 18 槽钢托盘，锚固剂为两支 2360 型和一支 2335 型树脂锚固剂， 锚索安装时预张拉力为 200kN， 锚索 锚杆交替布置，同排锚索间距为 1800mm，每排 5 根， 沿巷道中心线对称布置， 排距为 900mm。巷道顶 板和两帮铺设直径为 8mm 的钢筋网， 锚网喷支护完 成后在巷道表面一次性浇筑 500mm 的钢筋混凝土。 2.2围岩破坏现状 对 585 水平中央水泵房围岩变形情况进行现 场调研， 巷道表面变形主要表现为以下特征 硐室 两帮表明浆皮出校明显的整体内移， 直墙中部多处 出现破碎、 脱落的现象； 硐室顶板出现破碎区， 破碎 区域沿巷道轴向延伸， 拱顶共存在三条沿轴向的破 碎带， 表面混凝土局部脱落明显； 硐室底板底鼓尤 煤矿现代化2020 年第 5 期总第 158 期 52 ChaoXing 为严重，中央水泵房掘出后共进行了两次卧底， 卧 底深度均在 600mm 左右， 目前局部底板仍出现明显 的底鼓， 底鼓量最大达 500mm 左右。 硐室开挖后在周边围岩内的节理、弱面逐渐发 育形成局部的破碎带， 破碎带的宏观发育情况即通常 所说的松动圈， 松动圈的大小是评价巷道围岩稳定性 的关键指标[1～2]， 松动圈发育深度越大， 巷硐围岩控制 难度愈大， 依据相关的研究成果可知， 松动圈存在以 下特征[3] ①井下巷道、 硐室开挖后围岩内必然存在松 动圈； ②松动圈的发育范围越大， 围岩整体稳定性越 差， 巷道表面变形量越大， 支护越困难； ③通过锚网索 支护、 注浆等手段可以减小松动圈的发育范围。根据 松动圈的特点可知， 为更加有效的控制中央水泵房围 岩， 需首先掌握硐室围岩松动圈的发育情况。钻孔窥 视是获得围岩松动圈发育情况最快捷、 准确的技术手 段， 能够获取最直观、 最清晰的影像图片资料， 因此采 用 ZKXG30 矿用钻孔成像仪对硐室围岩内部进行探 测[4]， 该装置由高清摄像头、 导杆、 显示仪等部分组 成。为更加全面的掌握硐室围岩的破碎情况， 共布置 了两个测站， 每个测站布置 9 个窥视孔， 其中拱顶 1 个， 窥视孔直径为 32mm， 深度为 10m， 两侧肩窝处 各 1 个， 窥视孔深度 8m， 两帮各 3 个， 深度为 8m， 根据现场钻孔窥视结果， 整理绘制出中央水泵房围 岩内破碎区的分布情况如图 1 所示。 图 1中央水泵房围岩破碎区分布图 根据现场窥视视频及围岩内破碎区分布情况可 知，中央水泵房围岩内分布着 3 个相互独立的破碎 区， 破碎区累计宽度为 1.89～3.64m， 右帮围岩内破碎 区累计宽度最小 （1.89m ） ， 左帮围岩内破碎区累计宽度 最大3.64m ） ， 第一个破碎区距硐室表面 0.25～1.25m， 平均宽度约为 1.0m， 围岩破碎明显； 第二个破碎区距 硐室表面 3.30～4.89m， 平均宽度约为 1.4m， 裂隙发育 明显，多为环向裂隙；第三个破碎区距硐室表面 6.58～7.10m， 平均宽度约为 0.5m， 裂隙较小。 3大断面硐室围岩控制技术 根据现场勘查及钻孔窥视结果表明， 中央水泵 房围岩内松动圈发育范围较大， 原有支护方案无法 抑制松动圈的扩展， 可通过注浆改善围岩的物理力 学特征、 整体性。硐室围岩由浅到深其裂隙发育特 征存在显著差异， 巷道围岩根据其破碎情况由浅至 深可以分为完全破碎区、 完整区、 较破碎区、 完整 区、 裂隙发育区、 完整区， 完全破碎区岩体基本完全 破坏， 该范围内浆液主要以充填为主， 较破碎区浆 液主要沿大裂隙渗流，浆液的主要作用为粘结和充 填， 裂隙发育区及完整区内， 岩体较为完整， 裂隙之间 的联通性较差， 浆液以劈裂为主， 不同的区域内， 浆液 的渗流特征和作用不同， 不同的区域需采用不同的注 浆压力，因此设计采用层次注浆 高强稳定型锚梁 网索修复加固技术，首先通过浅部注浆对完全破碎 区进行加固， 扩刷后进行深部注浆， 提高围岩的整 体性， 抑制松动圈的扩展， 配合高强锚梁网索维持 硐室围岩的长期稳定。为满足矿井的实际生产需 求， 需对中央水泵房两帮分别扩刷 800mm， 由于之 前顶板出现过漏冒现象， 且硐室高度满足生产的需 求， 此时扩巷加固不再对顶板进行扩刷， 只进行加 固， 扩巷后断面面积由 24.4m2增大至 29.53m2。 3.1浅部注浆技术方案 图 2注浆锚杆布置示意图 首先在硐室表面喷浆， 采用 C20 水泥混凝土， 喷 浆厚度约为 50mm，中央水泵房浅部注浆采用 Ф22mmL2400mm 中空注浆锚杆， 两帮和顶板注浆 锚杆间排距 16001800mm，底板注浆锚杆间排距 14001800mm， 顶板和两帮共布置 7 根， 底板布置三 根，注浆孔直径为 28mm，深度 2500mm，浆液采用 煤矿现代化2020 年第 5 期总第 158 期 53 ChaoXing KWJG- I 久米纳矿用无机加固复合砂浆， 浆液水灰比 为 52，注浆过程中采用快凝水泥封堵巷道表面的漏 浆区域， 注浆终压 2.5MPa， 单孔注浆量根据现场实际 情况而定， 注浆锚杆的布置详情如图 2 所示。 3.2深部注浆技术方案 中央水泵房围岩浅部注浆完成后， 按照矿井实 际生产需求对两帮进行扩刷， 扩修完成后进行深部 围岩的注浆，采用 Ф29mmL6200mm 中空注浆锚 索， 注浆锚索的间排距为 18001800mm， 顶板布置 4 根， 两帮各三根， 注浆孔深度为 8000mm， 注浆终压 为 3.5MPa，注浆材料和水灰比与浅部注浆相同， 注 浆锚索的布置详见图 3 所示。 图 3注浆锚索布置示意图 3.3锚网索支护方案 中央水泵房浅部注浆完成后， 首先进行一次支 护， 对帮部进行扩刷， 帮部原有锚杆支护失效， 锚索 进行重新张拉， 顶板锚索保留， 在顶板和两帮重新 安装锚杆， 锚杆采用 Φ22L2400mm 螺纹钢， 补打 锚杆间排距为 1800900mm， 安装时预紧力距不小 于 250N m， 直径 8mm 的钢筋网护表， 一次支护详 情如图 4 （a ） 所示。 中央水泵房帮部扩修及一次锚网 支护完成后， 进行普通锚索、 注浆锚索的施工， 普通 锚索规格为 Φ21.6L6200mm 预应力钢绞线， 布置 方式和注浆锚索相同， 锚索之间沿轴向通过 W 型钢 带联结， 支护详情如图 4 （b） 所示。 （a） 一次支护展开图 （b）二次支护展开图 图 4中央水泵房锚网索支护示意图 4应用效果 为检测中央水泵房返修加固方案的围岩控制效 果， 在施工完成后半年内进行表面位移、 深部岩层围 位移的监测， 水泵房全长 60m， 共布置三个测站， 采用 十字布点法进行表面位移的监测， 采用多点位移计监 测顶板深部围岩的位移。整理得到图 5 所示的结果。 硐室表面位移情况如图 5 （a ） 所示， 硐室表面位移主要 集中在修复初期， 观测 60 天后， 硐室表面位移量逐渐 趋于稳定， 观测 80 天后， 硐室表面位移量不再增大， 顶板板移近量稳定在 70mm以下， 两帮移近量稳定在 40mm以下， 硐室围岩变形得到有效的控制。 硐室深部 岩层的位移情况如图 5 （b ） 所示， 修复完成初期， 深部 和浅部围岩的位移速度均较快， 深部围岩的位移速度 大于浅部围岩， 观测 100 天后深部和浅部围岩的位移 均基本稳定， 顶板岩层离层现象得到有效控制。 （a） 硐室表面位移变化曲线 （b） 深部围岩位移变化曲线 图 5现场矿压监测结果 煤矿现代化2020 年第 5 期总第 158 期 54 ChaoXing 5结论 通过对曙光煤矿 585 水平中央水泵房进行现 场调研， 掌握硐室表面破坏情况， 采用 ZKXG30 矿 用本安型钻孔轨迹检测装置对硐室围岩进行钻孔 窥视， 整理得到硐室深部围岩 的破坏情况， 据此提 出层次注浆 高强稳定型锚梁网索修复加固技术， 根据中央水泵房具体的围岩条件确定详细支护参 数， 现场应用后进行矿压监测， 顶板板移近量稳定 在 70mm 以下， 两帮移近量稳定在 40mm 以下， 硐室 围岩变形及顶板深部岩层离层现场得到有效的控 制， 所设计的返修加固方案应用效果良好。 参考文献 [1] 梁苗,王辉,张磊,褚海艳.松软破碎岩层大断面硐室定位注 浆加固技术研究[J].煤炭工程,2020,52 （02） 38- 41. [2] 陈力慧,郭江峰.复杂条件下大断面水泵房硐室注浆与锚 固加固技术实践[J].价值工程,2019,38 （06） 93- 95. [3] 蒋华,谢冬冬.强采动应力影响下大断面硐室围岩结构变 形破坏机理及控制[J].煤矿安全,2018,49 （04） 136- 139. [4] 程燕学.大断面硐室锚喷注联合支护技术[J].煤炭科学技 术,2016,44 （02） 128- 132. 作者简介 梁斌 （1983-） ， 男， 山西省阳泉市人， 2012 年 1 月毕业于太 原理工大学采矿工程专业， 工程师， 现从事煤矿生产技术工作。 （收稿日期 2020- 4- 26） 煤矿现代化2020 年第 5 期总第 158 期 1首采工作面及两顺槽概况 1.1工作面位置 2- 2上201 工作面位于 222 盘区西部，是石拉乌 素煤矿回采的第一个综采工作面。 该工作面西部为设 计的 2- 2 上201A 综采工作面 （未回采） ，南部到 DP53H 油气井保护煤柱停采，北部为切眼沿吉祥福 慧寺保护煤柱边界布置， 东部为设计的 2- 2上202 综 石拉乌素煤矿 2- 2 上201 首采工作面矿压规律研究 张云宁 ， 杜廷斌 ， 宋先峰 （兖州煤业股份有限公司济南煤炭科技研究院分公司 ， 山东 济南 250000 ） 摘要为掌握石拉乌素煤矿首采工作面顶板活动规律及矿压显现特征和两顺槽超前支承压力影响 范围及强度， 通过实施 2- 2上201 工作面及两顺槽矿压观测专项方案， 自工作面推进开始进行了连续 矿压观测， 取得了大量的观测数据， 对观测数据进行分析后初步获得首采工作面顶板运动规律， 为工 作面顶板管理和顺槽超前支护提供技术参考依据，同时也为矿井开采相邻工作面矿压观测和矿压规 律研究积累经验。 关键词 首采工作面 ； 工作阻力 ； 矿压规律 ； 来压步距 中图分类号 TD323文献标识码 A文章编号 1009- 0797 （2020 ） 05- 0055- 04 Study on pressure law of 201 first mining face in 2-2 of Shilawusu Coal Mine ZHANGYunning， DU Tingbin , SONG Xianfeng （Yanzhou Coal IndustryCo., Ltd. Jinan Coal Science and TechnologyResearch Institute Branch , Jinan 250000 , China） Abstract In order to grasp the roof movement lawand the appearance pressure characteristics of the first mining working face in Shilawusu Coal Mine and the influence range and intensityofthe advance bearingpressure ofthe two- slot trough, through the implementation ofthe spe- cial observation of the 20- second work face and the two- slot trough pressure The plan, continuous mining pressure observations have been carried out since the advancement ofthe working face, and a large amount ofobservation data has been obtained. After analyzing the observa- tion data, the roof movement law of the first mining face is initially obtained, providing a technical reference for the roof management of the workingface and advanced support along the groove Based on this, it also accumulates experience for the observation ofunderground pressure and the studyofthe lawofunderground pressure at the adjacent workingface ofthe mine. Key words first miningface ; workingresistance ; pressure law; pressure step 55 ChaoXing