地质构造复杂的大断面硐室支护技术.pdf

地质构造复杂的大断面硐室支护技术 唐华贵 刘利祥 王贤松 [鹤岗矿业集团公司兴煤公司,黑龙江 鹤岗154105] 摘 要 软岩、 煤岩互层、 断层带以及硐室群中施工特大断面硐室,采用锚索、 锚杆、 钢筋梯、 钢筋网联合支护方式,成功地取代了以往采用的混凝土碹支护和架硼支护。 关键词 特大断面硐室 锚杆、锚索、钢筋梯、钢筋网联合支护 鹤岗矿业集团公司兴煤公司为保证生产接续需要开拓延深三水平。根据总体设计要 求,施工一个能驱动670m长钢丝绳胶带输送机设备的硐室,即三水平钢带机驱动硐室。根 据该硐室所处的施工位置、围岩性质及地质构造等客观因素,经多方面的比较论证后,确定 了施工方案及施工方法,在实际施工中取得了很好的效果。 1 地质条件及概况 兴煤公司三水平输送机驱动硐室位于二 水平环形车场附近,周围硐室及巷道较多。 硐室标高为 018～ 11179m之间,距地 表324m。 硐室位于29 - 1号煤层底板和30号煤 层顶板之间,所处区域地质构造较为复杂。 硐室中间穿29 - 2、29 - 3号煤层,煤厚分 别212m和215m。因硐室中间有一落差2m 的逆断层,受其影响围岩层节理较发育。围 岩以灰白色细砂岩和炭质页岩为主,岩性中 硬,坚固性系数f值为4。受逆断层影响煤 质较软。 硐室上方22号煤层已采, 27号煤层己 掘送巷道,标高在 36m以上,距硐室顶 板净岩柱25m。硐室受力主要来自上覆岩石 的自重应力,并受到采动及周围硐室的影 响。该硐室由于地质条件及施工条件的特殊 性,在支护形式和支护方法上有特殊要求。 实际施工皮带井联络巷过程中,顶板无 淋水情况,底板无涌水。 2 硐室断面规格与支护形式选择 驱动硐室为直墙拱形断面,设计长度 22m。硐室掘进断面宽1016m、高10182m 墙高615m ,断面积10413m2;净断面宽 918m、高10142m 拱高3192m ,断面积 9410m2。 由于硐室断面大、使用年限即为矿井服 务年限,对硐室支护方案的选择要求从永 久、坚固、经济、工期短和施工方便等方面 考虑。混凝土碹支护属于被动支护,不能发 挥围岩自身支撑能力,而且巷道开挖量大、 支护材料消耗量大、工期长、人工费用高、 施工工艺复杂,硐室一旦破坏维修十分困 难。因此该硐室支护采用锚索、锚杆、钢筋 梯、钢筋网、U型钢梁联合支护,硐室施 工过程中采用二次支护方式。 3 支护参数选择 锚杆采用直径20mm的左旋无纵筋螺 纹钢 锚 杆。拱 部 一 次 支 护 用 的 锚 杆 长 2000mm、二次支护用的锚杆长4000mm , 两遍锚杆的间排距均为12001200 mm。 直墙部锚杆长6000mm ,间排距为600600 mm。锚杆托盘厚度不小于6mm ,直径不 小于120mm。拱部锚杆使用2卷Z2545型 树脂锚固剂卷锚固。墙体部锚杆使用3卷树 23 煤矿支护 2006年第2期 脂锚固剂卷锚固。锚杆锚固力均为80kN。 拱部锚索钢绞线应用1860级直径 15124mm低松弛钢绞线,长8～10m。锚 索间排距为15001000 mm ,用2卷树 脂锚固剂卷锚固,锚固力为230kN。锚索 梁采用U25型钢,长118m。 U型钢梁采用U25型钢,长114m。钢 筋梯采用直径20mm和直径12mm的圆钢 焊接而成,宽40mm、长2000mm。钢筋网 采用直径6mm的圆钢制成,每片1000 2000 mm ,网格5050 mm。 喷射混凝土中的水泥为525 普通硅酸 盐水泥,水灰比为0145 ,体积配合比水泥 ∶ 河砂 ∶ 石子为1∶115∶114。骨料中5～ 10mm粒径和2～5mm粒径的颗粒必须各占 50 。 4 施工及支护工艺 采用钻眼爆破法破岩,光面爆破一次成 巷工艺,耙斗式装岩机装岩以及电机车运 输,执行一掘一喷,锚喷支护施工跟迎头, 正规循环作业。 一次支护敲帮问顶 → 引中心腰线 → 画 巷道轮廓线 → 布置炮眼 → 钻炮眼 → 装药连线 → 爆破排烟 → 排险敲帮问顶→ 临时支护 初喷→ 装岩 → 钻锚杆孔装岩→ 安装 锚杆 → 挂钢筋网 → 上钢筋梯 → 喷射混凝土。 二次支护钻锚杆孔 → 安装锚杆 → 挂钢 筋网 → 喷射混凝土 → 安设锚索 → 复喷。 首先施工行人出货上山,上山掘送到 掘进施工顺序 12104m标高后,按同方位施工平巷 Ⅰ。 施工 Ⅰ 时,每次钻炮眼前必须按设计尺寸画 好周边眼,按所画眼位钻眼。放炮后即进行 第一次支护。待该巷掘进7m后,退回从变 坡点开始从两侧施工 Ⅱ,按45 向两侧施工 3m达到设计全宽。扩至全宽后,按 Ⅰ 前进 方向施工。待施工距 Ⅰ2m时,继续施工 Ⅰ,Ⅰ 和 Ⅱ 始终保持2m的距离。Ⅱ 与 Ⅰ 支 护形式相同。由于 Ⅱ 部两腮巷道较低,腮部 锚杆暂时不能安设,先进行喷射混凝土支 护。待第一层底拉过之后再补设锚杆、挂 网。Ⅰ、Ⅱ 都掘完后,上部拱基本成形。从 变坡点开始进行二次支护,在第一遍锚杆间 按五花形布置第二遍锚杆,锚杆间排距不 变,然后挂钢筋网上钢筋梯。 待 Ⅰ、Ⅱ全长施工完后,反方向施工 Ⅲ,支护顺序同 Ⅰ、Ⅱ 一样。Ⅲ 施工至设计 部位后停止。 Ⅲ 施工完后 Ⅳ 拉底。拉底过程中按 Ⅰ 的 支护顺序,拉1m底支护1m。在两腮和拱 部安设锚杆挂钢筋网。待 Ⅲ 底拉完后进行二 次支护。 巷拱部施工完后,Ⅳ、 Ⅴ、 Ⅵ 依次拉底,由 于巷道拱顶已经完成支护,拉底时采用分部 Ⅳ、 Ⅴ、 Ⅵ 全宽一次拉底完成,随拉底随进行 直墙支护,安设锚杆并挂钢筋网。 现将支护施工详叙如下 1硐室拱基线以上拱顶部分 掘 送 第 一 层 时,放 炮 后 及 时 初 喷 100mm、 安设第一遍锚杆、 挂两层钢筋网、 横 向上直径12mm圆钢焊接的钢筋梯、 上紧托 盘螺母,然后第二次喷射混凝土100mm。 拉第二层底后,站在浮货上在巷道拱顶 在第一遍锚杆间安设第二遍锚杆。锚杆实际 间排距600600 mm。锚杆外露长度 200mm。然后挂两层钢筋网、纵向上直径 20mm圆钢焊接的钢筋梯、上紧托盘螺母, 第三次喷射混凝土100mm。 完成上述支护后安设锚索,每两根锚索 共用一根梁。然后复喷混凝土100mm。4 332006年第2期 煤矿支护 次喷射混凝土累厚400mm。 2硐室拱基线以下直墙部分 第四层拉底后,墙体及时初喷100mm、 安设锚杆。锚杆外露长度400mm。挂两层 钢筋网、 横向上直径20mm圆钢焊接的钢筋 梯、 上紧托盘螺母。第二次喷射混凝土 100mm。 接下 来 纵 向 挂U25型 钢 梁,排 距 1200mm。贴钢梁外挂一层钢筋网、上紧托 盘螺母,第三次喷射混凝土120mm。 最后挂一层钢筋网、横向上直径20mm 圆钢焊接的钢筋梯、上紧托盘螺母,复喷混 凝土80mm。4次喷射混凝土累厚400mm。 第三次、第四次喷射混凝土时,必须将 U型钢梁下端头留300mm长度不喷,为下 一层挂梁搭接上卡缆用。上下两层U型钢 梁搭接后用卡缆连接。 5 结 语 施工实践证明,在地质结构复杂的大断 面硐室采用这种施工工艺在技术是可行的。 它不仅在一般围岩的硐室中适用,还可用于 围岩破碎、层节理较发育及存在煤岩互层和 断层的硐室中。通过摸索为以后施工大断面 硐室总结出一条成功的经验。 参考文献 [1]何满潮等1 中国煤矿锚杆支护理论与实 践1 科学科学出版社120041 [2]何满潮等1 中国煤矿软岩巷道工程支护 设计与施工指南1 科学出版社120041 [3]王连国等1 深部高应力及软岩巷道锚杆 支护技术研究1 岩石力学与工程学报1 科学出版社120051 第一作者简介 唐华贵 男,1963年出生, 毕业于鹤岗矿务局工学院。现任鹤岗矿业 集团公司兴煤公司副总工程师,工程师。 电话0468 - 3726522 ;手机13054387468 ;电 子信箱thg603 1631com 收稿日期 2006 - 01 - 20 ;责任编辑周正行 新汶矿业集团公司“三化”改造显成效 新汶矿业集团公司坚持不懈实施 “科 技兴安” 战略,以 “三化”采掘生产机械化、 辅 助系统自动化、 安全监测数字化改造为重 点,加大科技投入,提升矿井装备,取得明显 成效。2005年生产原煤1260万t ,百万吨死 亡率仅为0131 ,创建企以来最好成绩。 采掘生产机械化。新汶矿业集团公司 着力抓好综采、 综掘的巩固提高,全年投入 1136亿元,新上综采液压支架1122架,使支 架总数达到3321架。在5个矿井新上9个 综采工作面,基本实现了综合机械化采煤矿 井。推广应用了5台大功率采煤机和在2个 矿井新上薄煤层综采设备,使全公司在用薄 煤层综采设备达到了5套。全年综采产量达 到827168万t。全年共投入综掘机12台,综 掘机在籍数量达到35台。 辅助系统自动化。目前,该公司辅助系 统自动化已在主运胶带系统、 主排水系统、 主 供电系统、 主通风集中监控系统上进行了成 功的开发和应用,总投资205416万元,年直 接经济效益321113万元。 安全监测数字化。几年来,该公司投入 资5000多万元对生产矿井安全监测系统进 行升级改造。2005年已实现对所有采掘地 点瓦斯实时监测监控;对所有掘进工作面局 部通风机及馈电、 主要风门状态进行实时监 控;主通风机风量、 负压、 特殊地点的温度和 一氧化碳全部实时监测;对全公司所有采煤 工作面及主要进回风地点安设风速探头,实 现了风量自动测定和监测。全公司监测系统 集中联网,实现了瓦斯报警手机短信群发功 能,推广使用瓦斯智能巡检系统,实现了对所 有瓦斯检查点的控制。 摘自煤炭信息周刊 43 煤矿支护 2006年第2期