拱形架棚锚网喷联合支护技术在断层破坏带_软岩_巷道中的应用.pdf

技术经验 拱形架棚锚网喷联合支护技术在断层 破坏带软岩巷道中的应用 朱明良 云南省圭山煤矿,云南 石林652206 摘 要对拱形架棚锚网喷联合支护钢格栅技术在断层破坏带中的应用进行了分析,并从安全、 技术、 经济、 施工方法四个方面进行比较,实践证明,该技术在复杂地质条件下应用取得了较好的效果。 关键词拱形架棚锚网喷;联合支护;应用 中图分类号TD35 文献标识码C 文章编号1008 - 4495200602 - 0056 - 03 收稿日期2005 - 12 - 29 作者简介朱明良,男,大专,工程师,副矿长兼总工程师, 主要从事煤矿生产技术及管理工作。 圭山煤矿多年来在软岩巷道施工过程中通常采 用比较单一的架设梯形金属棚支护或砌碹支护形 式,施工中存在安全可靠性差、 工程进度慢,施工难 度大,作业人员劳动强度大等缺点,而且在以后的使 用过程中支架或碹体因围岩风化、 潮解膨胀,造成支 架扭曲、 砌体变形严重,甚至影响通风、 运输、 人员行 走的安全,经常性地更换支架,维修巷道给矿井生产 带来较大的影响。为了克服梯形架棚支护或砌碹支 护的不足,在断层破碎带中推广应用拱形架棚锚网 喷钢格栅联合支护技术,取得了成功。 1 工程概况 1.1 巷道水文地质条件 圭山煤矿211集中运输巷全长250 m ,处于断层 破碎带中的一段长为60 m ,位于18井田 1 600 m 水平107～1071勘探线之间,整条巷道沿岩层的走 向布置于峨嵋山玄武岩中,主要受F104大断层及其它 不明小断层的影响,围岩稳定性较差。主要给水源 为顶板裂隙水、 断层水,岩层富水性较强。 1.2 围岩特征 巷道所处围岩属坚固性中等岩石,为峨嵋山玄 武岩组,中间夹有紫红、 灰白、 灰绿等色的火山岩,在 F104断层的作用下,断层破碎带中有一层灰绿色泥灰 岩层属Ⅵ 类极不稳定岩体,岩层普氏系数f 2 ,极限 抗压强度R19.6 MPa。因此巷道开掘后如不及时进 行支护,空顶距超过0.3 m,极易出现冒顶、 垮塌现象。 2 拱形架棚锚网喷联合支护的原理 通过拱形架棚锚网喷联合支护对围岩的挤压加 固和封闭作用,同时利用金属前探梁,在拱形架棚上 对围岩进行超前支护,在破碎带中形成一定强度连 续均匀的压缩带,即加固压缩拱,它不仅能保持自身 的稳定,而且能够承受地压,阻止上部围岩的松动和 变形。支护工艺为架设拱形支架 → 用连接筋连接 → 辅设钢筋网 → 打锚杆 → 喷射混凝土。 2.1 拱形架棚支护 拱形架棚支护能承受由围岩所产生的载荷,防 止围岩的崩塌。施工时在上一循环金属前探梁的掩 护下对新掘的巷道进行架棚支护,拱形支架材料采 用15 kgΠm型钢轨,支架的连接处用12 mm厚钢板焊 接并用4套 Ф14 mm65 mm螺栓连接紧固,以确保 支护强度。 2.2 辅设金属网 辅设金属网,第一,增大锚杆托板的面积,从而 改变原来巷壁的全面积锚固、 挤压,增大了挤压加固 拱的厚度,提高巷道抗破坏能力;第二,增强了混凝 土的强度,提高喷层抗剪力、 抗拉力,增加喷层的支 护强度;第三,通过金属网和连接筋可把拱形支架进 行整体性连接,使拱形支架由点受力转变为面或整 体受力,进一步增加了巷道的支护强度。 2.3 锚杆支护 锚杆支护是以维护围岩稳定为目的,及时稳定 与加固围岩,使围岩作为承载主体的一种支护形式。 由于锚杆支护通过锚杆加固围岩体,使围岩本身达 65 2006年4月 矿业安全与环保 第33卷第2期 到支撑自身及上层岩体的目的,同时锚杆能稳固拱 形支架的作用,保证支护的整体性及尽快地形成承 压结构。 2.4 金属前探梁超前锚杆支护 在喷射混凝土之前,为保证下一个循环在掘进 或支护时能在支护的掩护下进行作业,同时也为整 体支架能承受围岩载荷,采用撞楔法或超前锚杆直 接将金属前探梁打入未开掘的巷道内见图1 ,起到 护顶、 护帮、 防垮塌的作用,同时也达到了严禁空顶 作业的目的,确保了作业人员的安全。 图1 金属前探梁或超前锚杆支护示意图 2.5 喷射混凝土支护 第一,可起到加固与防止围岩风化的作用,提高 围岩的强度,同时防止因水和风化作用造成围岩破 坏与剥落;第二,能使巷道周边围岩由双向受力状态 变成三向受力状态,提高围岩的强度;第三,混凝土 喷层在与围岩共同变形中受压缩,对围岩产生较大 的支护压力,能够抑制围岩产生过大变形,防止围岩 发生松动破碎;第四,喷层与岩石的粘结力和抗剪强 度能抵抗围岩的局部破坏,岩块间的联锁咬合作用 得以保持,并且与喷层构成共同承载的整体结构。 3 支护参数的选择 3.1 拱形支架规格材料的选择 拱形支架必须按巷道设计断面进行加工,选用 15 kgΠm的钢轨按巷道的断面形状进行制作,根据工 作面的围岩破碎程度确定支架间的距离,一般为 0.8～1 m ,支架间用拉杆钢筋连接,直径不小于 14 mm ,间距800 mm ,连接长度不少于100 mm ,确保 支架的整体性,见图2。 3.2 金属网的选择 1 网筋必须满足强度和刚度要求,且有一定的 抗剪切、 抗弯曲能力。 2 人力可使之随巷道的拱形弯曲,经锚杆锚固 后能紧贴巷壁。 3 网格不宜过小,以免喷射砼时网后出现空洞 影响砼强度。 4 网的大小合适,施工中使用方便,易于操作。 通过比较,使用的金属钢筋网为网片1.2 m 图2 拱棚金属支架断面示意图 1.0 m、 网格规格100 mm100 mm ,网筋直径6 mm 比较适合,连接距离大于100 mm ,连接处采用14 铁 丝绞接,见图3。 图3 金属网铺设平面示意图 3.3 锚杆的选择和布置方式 根据工作面的实际情况,确定选用直径16 mm 的16MnSi型螺纹钢筋锚杆,长度为1. 5 m ,间距 800 mm800 mm ,锚杆用水泥锚固剂锚固,锚固长度 1.5 m ,以增加锚杆锚固力,见图4。 图4 拱棚锚网喷联合支护巷道断面示意图 3.4 喷射混凝土厚度的选择 根据巷道服务年限和围岩的稳定性制定混凝土 巷道喷射砼支护参数表 1 以确定混凝土喷射厚度。 75 2006年4月 矿业安全与环保 第33卷第2期 表1 巷道喷射混凝土支护参数mm 围岩类别 服务年限10 a以上 跨度 5 m 服务年限10 a以下 跨度 5 m Ⅰ稳定岩层205020 Ⅱ稳定性较好岩层2050802050 Ⅲ中等稳定岩层5080100205080 Ⅳ稳定性较差岩层801001205080100 Ⅵ不稳定岩层10015020080120150 结合所施工巷道围岩的实际情况并考虑巷道的 服务年限在20 a以上,确定喷射混凝土厚度200 mm。 喷射混凝土时必须分2次进行,先喷100 mm ,4 h后 再复喷100 mm达到设计厚度,这样可以起到及时支 护的作用,避免片帮、 垮顶现象发生,同时使金属网、 拱棚支架置于喷层之中,充分发挥金属网、 拱棚支架 在混凝土中抗剪抗拉的作用,提高巷道的支护强度。 4 巷道的施工 1 施工工艺YT- 28型凿岩机打眼爆破或风镐 掘进,人工装岩,ZHP - 2型转体式喷射机喷射混凝 土支护。 2 施工方式采用三班作业,一班一个循环。 3 施工工序打下部眼 → 加固支架 → 爆破 → 装 矸 → 进行临时支护;支护工序准备工作 → 架设拱形 支架 → 铺设金属网 → 连接筋连接并用铁丝绞紧 → 安 装锚杆及进行金属前探梁支护 → 喷射混凝土 → 清理 机械及现场。 4 循环进度的确定由于工作面围岩稳定性极 差,极易产生片帮、 冒顶现象,且金属网规格为1 m 1.2 m ,因此要满足整个循环作业能及时进行锚喷支 护,工作面不留空顶,循环进度必须定为1 m。 5 施工中注意的几个问题 1 必须采用松动爆破或风镐掘进,减少放炮震 动,防止围岩松动圈扩大,保证爆破后的巷道断面轮 廓符合设计要求,为挂网喷射砼创造良好的条件。 2 加强劳动组织管理,确保一班一循环。尽量 缩短空顶时间,及时进行超前锚杆或前探梁支护,控 制片帮、 冒顶现象发生。 3 如发生片帮、 冒顶,应及时进行初喷,初喷后 使得巷道断面轮廓圆滑,以利于架设拱形支架、 挂网 和复喷。 4 锚杆眼必须垂直巷道轮廓周边,锚杆弯头必 须锁住拱形支架,水泥锚杆药卷一定要送到眼底,锚 固力要达到40 kN以上。 5 复喷时前面一定留出200 mm的网边不要喷, 以便和下一循环的网进行搭接,复喷厚度要达到 100 mm ,绝不允许有漏铺网的地方。 6 施工技术及经济比较 1 在过断层破碎带时,采用传统的梯形金属棚 支护,顶板不易控制,对围岩无法进行完全封闭,容 易造成围岩风化、 冒顶、 垮塌,通风阻力大,并且以后 维护费用高,每1～2 a需要重新修理1次顶帮,影响 矿井的正常生产。 2 采用砌碹支护,料石砌筑可塑性差,造成巷道 变形严重,而且施工时工艺复杂,掘进与支护作业互 有影响,围岩裸露时间长,无法使用前探梁进行超前 支护,作业人员的安全得不到有效保障;施工速度 慢,工种多,工时成本高,职工劳动强度大。 3 由于围岩极不稳定,围岩松动圈大于或等于 锚杆长度,锚固力下降无法使用单一的锚喷支护。 4 采用拱形架棚锚网喷联合支护形式,施工工 艺比较简单,并且安全、 可靠,服务年限长,使用过程 中不需要进行维护,通风阻力小,施工速度快,人员 配备少。 7 结语 圭山矿 1 600 m水平211集中运输巷道在过断 层破碎带施工过程中,应用拱形架棚锚网喷联合支 护技术的实践表明,掘进巷道在过断层破碎带时能 够应用锚喷支护技术来解决软岩巷道的支护工作, 为今后在过断层破碎带施工巷道中进一步推广应用 拱形架棚锚网喷联合钢格栅支护提供了有力的技 术支持和实践依据。 责任编辑吴自立 85 2006年4月 矿业安全与环保 第33卷第2期