高应力深部巷道优化加固技术.pdf

第5 3 卷第3 期 2001 年8 月 有色金属 N o N F E R R O U SM 盯A L S V o l5 3 ，N o3 A u g u s t 200 1 高应力深部巷道优化加固技术 李芳成1 ，谭云亮2 ，龚昌云3 1 ．黑龙江科技学院，哈尔滨1 5 0 0 0 0 ；2 ．山东科技大学，泰安2 7 1 0 0 0 3 ．越众集团股份有限公司，深圳5 1 8 4 0 9 摘要针对华丰煤矿丈埋撵高应力条件，在对囝岩洞形优化的基础上，根据强部高应力巷道变形和破坏的特点，提出了钢 绞线锚索、工宇钢反拱底粱、锚杆和柔性嚷复合支护技术。该项技术能够有效控制围岩变形和破坏，取得了良好的加同效果．具有 重要应用价值。 关键词高应力；巷道；优化；加周 中围分类号T D 3 5 3文献标识码A文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 0 1 0 3 0 0 5 6 0 3 华丰矿一9 2 0 m 水平岩石集中巷埋深达1 0 8 0 m ， 巷道宽4 ．3 m 、高3 ．6 m ，断面为半圆直墙拱型，沿层 面法线方向的上方2 5 ～3 0 m 处是第6 层煤，围岩均 为粉砂岩，岩石坚固性系数， 4 ～7 。原采用 ≠2 2 m m 1 8 0 0 m m 的锚杆，全长水泥药卷锚固，间 距0 ．4 m ，排距0 ．8 m ，特种加固措施为在顶部打上3 根长6 m 、≠1 4 m m 的钢绞线锚索，排距2 ．5 m 。上述 支护方式在巷道掘后6 0 d 就出现较大变形，变形的 特点为先顶、后底和两帮，变形量分别为2 0 0 m m 、 3 0 0 ～5 0 0 m m 、1 0 0 ～2 0 0 m m ，支护效果极差，不得不 返黪，采用优化加固技术。 1 巷道所处应力环境与巷道断面优化 1 ．1 巷道所处的应力环境分析 根据7 5 0 m 水平大巷及石门地应力测量结果， d ， 3 3 ～3 4 M P a 平均3 3 ．5 M P a ，方位角2 9 0 。～ 3 3 0 。 平均3 1 5 。 ；d ， 2 0 ～2 2 M P a 平均2 1 M P a ， 近似垂直方向；d ， 1 2 ～1 5 M P a 平均1 3 ．5 M P a ， 方位角1 9 0 。～2 3 0 。 平均2 1 5 ’ 。而9 2 0 m 大巷走 向方位角为2 6 2 4 ～2 7 5 。，平均2 6 8 。，由此可以推测． 一9 2 0 m 水平构造应力 J l 3 3 ．5 M P a ，d ， 1 3 ．5 M P a ，如图1 所示。经计算，作用于巷道围岩 内的地应力为钆 2 5 ．2 M P a ，d 。 2 6 ．2 6 M P a 。 1 ．2 巷遒断面优化 根据上述地应力特点，有利于巷道稳定的轴比 基盒项目国家自然科学基金 5 9 8 0 4 0 0 5 和山东省自然科学基金 Y 9 8 F 一1 0 0 9 1 资助项目 收藕日期2 0 0 1 0 4 0 9 作者简介李芳戚 1 9 6 2 ，男，教授 为 h ’／l a y ／a 1 ．0 4 式中h7 优化的巷道的高度； 卜一巷道的跨度。 于是应卧底量 A h h7 3 ．7 5 1 ．0 4 4 ．3 - 3 ．7 5 0 ．7 2 m 考虑到施工条件及底梁厚度等因素，确定最深 卧底量方案①o ．6 1 5 m ，方案②o ．7 5 m ，力求形状基 本对称，卧底断面选择为圆形，半径分别为5 ．5 m 和 3 ．4 6 m 。 S 。’，，， ，，，‰。慕j ⋯“ “岔“ ” 口， 2 62 6 M P n a J 半嘧幽； b 刊面眭I 图19 2 0 m 岩石集中巷地应力分布图 F i g ．1 G r o u n d5 t r ％d i s t r i b u t i o no f 一9 2 0 mg a t h e r i n Ed r i f t 2 支护设计的基本原则 1 由于一9 2 0 m 岩石集中巷属于高应力软岩巷 道，因此进行支护设计应根据应力特点进行洞形优 化，使得巷道形状具有对称性，以达到受力均匀，同 时考虑圆形具有较强的承载性，进行卧底处理，形状 为圆形。 2 由于埋深大，又有较大的构造应力，所以加 万方数据 第3 期李芳成等寓应力深部巷道优化加固技术 固围岩应是全方位的，支护必须适应高应力特点，既 能释放围岩应力，允许有一部分少量变形；又要保证 围岩不受到大的破坏，保持围岩的完整性。 3 通过向底板打入相应的锚杆有效地阻止底 板在高应力作用下沿滑移线产生塑性滑移引起的底 鼓，如图2 所示。 3 ．2 支护参数及形式 如图5 所示，沿顶板及两帮分普通锚固断面和 锚索锚固断面两种支护形式进行支护。在普通锚固 断面中，顶板及两帮锚杆杆体选用≠2 2 m m 、长 2 ．5 m 有效锚固长度2 ．3 5 m ，外露部分0 ．1 5 m 的螺 纹钢作为杆体，每根锚杆用3 卷树脂药卷作为锚固 剂，锚杆间距0 ．7 m ，如图5 a 所示。在锚索锚固断 b H3 0 m 叫 圈5 巷道支护断面图 a 普通加固断面1 锚杆；2 一喷层；3 反拱底粱；4 一石子填料 b 锚索加固断面l 一顶锚索 ≠1 4 一5 m ；2 一帮锚索 ≠1 4 0 n m l 4 m ；4 一喷层；5 一反拱底梁；6 石子填料， F i g ．5 T u n n e ls u p p o r td e s i g n 万方数据 有色金属 面，顶板安设3 根5 m 长的锚索，间距2 ．1 m ；两帮各 打一根4 m 长的锚索，锚索为≠1 6 m m 钢绞线，先用 3 卷树脂药卷锚固锚头，再用水泥砂浆灌注 钻孔直 径≠3 2 m m ，砂浆水灰比为0 ．7 。锚索之间打入 ≯2 2 r a m 、长2 ．5 m 的锚杆，锚杆与锚索间距为 0 ．7 m ，如图5 b 所示。对于底板，两种锚固断面均 选用由1 2 号工字钢或由旧钢轨制成的两节反拱底 粱，其尺寸见图4 所示，沿底梁打锚杆，锚杆间距为 0 ．9 m 。这样锚索排距2 ．1 m ，普通锚杆排距0 ．7 m ， 即每隔2 排普通锚杆便打一排锚索。为了封闭围 岩，在巷道周边 顶、帮 进行网喷，金属网的规格为 5 0 0 m m 9 2 0 m m ，喷层总厚度为1 5 0 m m ，初喷 5 0 m m ，复喷为1 0 0 m m 。混凝土中添加有机添加剂． 增加其柔性，以适应较大变形，其主要配比为水泥 黄沙石子 1 2 2 ．2 ；水灰比 W ／C 0 ．5 ；丙烯酰 胺占水泥量1 ．5 ％，过硫酸钾占丙烯酰胺的1 ％，乙 醛占丙酰胺的1 ％，三乙醇胺占丙烯酰胺的1 ％。工 艺方法丙烯酰胺和过硫酸钾混到水泥中拌好，乙二 醛和三乙醇胺混到水中，最后搅拌成混凝土。这种 第5 3 卷 混凝土与素喷相比，最大允许变形量可提高4 倍，喷 层的抗压强度达2 0 M P a 以上。 4 试验效果分析 对一9 2 0 m 岩石集中巷5 0 0 m 长的地段，每隔 1 0 0 m 设了一个测区，共设6 个测区，监测巷道顶板 下沉量、底板底鼓和两帮移近量，自1 9 9 8 年1 0 月～ 1 9 9 9 年1 0 月，共一年时间，巷道基本稳定，具体监 铡数据如表l 所示。 表19 2 0 m 岩石集中巷围岩变形表 T a b l e1R o c kd i s p l a c e m e n to f 一 测点 12 3 顶楹下沉量／m m 8 51 0 03 8 底鼓量／Ⅱ皿 2 76 04 6 两帮移近量／m m 7 61 6 57 8 由表l 可见，巷道围岩变形量较小，顶板下沉量 平均5 8 ．5 m m ，底鼓量3 0 ．7 m m ，两帮移近量 7 8 ．2 m m 。由于采用柔性喷层材料，巷道围岩支护结 构未出现明显的破坏，完整性好，加固效果令人满意。 参考文献 [ 1 ] 谭云亮，刘传孝．巷道围岩稳定性预测与控制[ M ] ．徐州中国矿业大学出版社，1 9 9 9 2 3 1 o P T I M U MR E I F O R C I N GT E C H N I Q U EF O RH l G Hs r r R E S SA N D D E E PB U R I E DT U N N E L L 1F a n g c h e n 9 1 ．T A NY u n l i a n 9 2 ，G O ；q GC h a n g y u n 3 t 1H ，l o n g l i a n g I n s t i t u t e 。f S c i e n c ea n d T e c h n o } 0 9 ，，H a r n 1 5 0 0 0 ．C h i n a ；2S h a n d o n g U n i 位r s i t y0 jS c i e n c ea n d T 程h 弛{ 0 9 y T a i a n2 7 1 0 0 0 ，S h a n d o n g ，C h i n a ；3 Y u e z h a n gC 』r p o r a t i o nL i m i k d ，盘e H 吐哪5 1 8 4 0 9 ，G u a n g d o n g ，C h i n a A B S T R A C T A g a i n s tt h eg e o l o g i c a lc o n d i t i o no fh i g hg r o u n ds t r e s sa n dd e e pb u r i e dl o c a t i o na tH u a f e n gC o a lM i n e ，t h e t u n n e ld e f o r m a t i o na n df a i l u r em o d ei ss t u d i e d ．B a s e d0 nt u n n e ls h a p eo p t i m i z i n g ，ac o m p o u n dr e i n f o r c i n gt e c h n i q u ew i t hc a b l eb o l t i n g ，r e v e r s e a r c hf l o o rb e a m ，s t e e lb o l ta n dy i e l d i n gc o n c r e t es h d l ，i sa p p l i e df o re f f e c t i v e c o n t r o [ o fd e f o r m a t i o na n df a i l u r eo ft h es u r r o u n d i n gr o c k ． K E YW O R D S h i g hg r o u n ds t r e s s ；d e e pb u r i e dt u n n e l ；r o c kr e i n f o r c i n g 纳米材料的奇异磁学性质 鸽子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及生活在水中的趋磁细菌等生物体中存在超微的磁性颗粒，因而能在地磁场导 航下辨别方向，具有回归的本领。磁性超微颗粒实质上是一个生物磁罗盘，生活在水中的趋磁细菌依靠它游 向营养丰富的水域。电子显微镜下观察发现，在趋磁细菌体内含有直径约为2 0 n m 的磁性氧化物颗粒。纳 米材料磁性与大块材料显著地不同，大块的纯铁矫顽力约为8 0 A ／m ，而粒径在2 0 n m 以下时，其矫顽力增加 1 千倍，若进一步减少其粒径至6 n m 时，其矫顽力反而降低到零，呈现出超顺磁性。利用磁性超微颗粒具有 高矫顽力的特性，已作成高贮存密度的磁记录磁粉，大量应用于磁带、磁盘、磁卡以及磁性钥匙等。利用超顺 磁性，将磁性超微制成用途广泛的磁性液体。 常静 蕉一 万方数据