赵各庄矿轨道石门支护方案研究.pdf

2 0 1 2年第 6期 总第 8 1 期 ； j }与 钍 E N E R G Y A N D E N E R G Y C O N S E R V A T 1 0 N 2 0 1 2年 6月 赵各庄矿轨道石门支护方案研究 赵凤权 开滦集团公司赵各庄矿业分公司， 河北唐山0 6 3 0 0 9 摘要 通过深入分析赵各庄矿深部高应力软岩巷道围岩变形机理， 提出了采用喷锚注技术进行修复， 并根据巷道实际 情况设计了支护参数， 有效地控制了围岩变形， 保证 了巷道的稳定， 取得 了良好的技术经济效果。为类似巷道支护提供 了可 借鉴的经验 关键词 深部 开采 ； 深部软岩 ； 喷锚注联合支护 中图分类号 T D 3 5 3 文献标识码 A 文章编号 2 0 9 5 0 8 0 2 一 2 0 1 2 0 6 0 0 1 7 0 2 Di s c us s i o n a b o ut Zha o g e z hua n g M i n e Tr a c k S up po r t i n g S c h e m e o f S hi me n ZHA0 F e n g q u a n Z h a o g e z h u a n g Mi n i n g B r a n c h Co mp a n y o f K a i l u a n C o r p o r a t i o n ， T a n g s h a n 0 6 3 0 0 9 ， H e b e i ， Ch i n a Ab s t r a c t T h r o u g h a t h o r o u g h a n a l y s i s o f Z h a o g e z h u a n g mi n e d e e p h i g h s t r e s s s o f t r o c k r o a d w a y s u r r o u n d i n g r o c k d e f o r ma t i o n me c h a n i s m，p u t f o r wa r d b y s p r a y i n g a n c h o r t e c h n o l o g y t o r e p a i r , a n d a c c o r d i n g t o t h e a c t u al c i r c u ms t a n c e o f t u n n e l d e s i g n o f s u p - p o r t i n g p ara me t e r， t o e f f e c t i v e l y c o n t r o l t h e d e f o rm a t i o n o f s u r r o u n d i n g r o c k ， e n s u r e t h e s t a b i l i z a t i o n o f the r o a d w a y ，a n d a c h i e v e d g o o d t e c h n i c a l a n d e c o n o mi c e ff e c t ． P r o v i d e r e f e r e n c e f o r the s i mi l a r r o a d wa y p r o v i d e s t h e e x p e r i e n c e t h a t c a n d r a w l e s s o n s ． Ke y wo r d s d e e p mi n i n g ； d e e p s o f t roc k ； s p r a y a n c h o r c o mb i n e d s u p p o r t 0 引言 随着煤炭连续的开采，浅、表部煤炭资源越来越 少 ， 目前 中国大部分 矿井 的开采深 度 已达 到 6 0 0 m ～ 8 0 0 m， 一部分矿井开采深度已超过 1 0 0 0 m， 且正以 每年 1 0 m ～ 1 5 m以上的平均速度向深部延伸n ] 。由于 采深的加大， 巷道掘进和维护的环境越来越差， 软岩问 题更加突出。对于深部软岩巷道， 巷道围岩应力升高， 松动范围扩大 ， 围岩变形呈现明显 的软化特性 ， 巷道不 仅顶板下沉， 而且两帮变形严重， 尤其是底臌强烈， 且 持续变形 ， 给巷道围岩控制带来极大的困难， 一些巷道 的维护费用远大于巷道 的掘进费用口 ， 并且大部分时间 处于修理或待修状态， 不能正常使用。 深部高应力软岩 巷道的围岩控制 已成为煤矿开采急待解决的关键技术 问题[3 ]。本文应用喷锚注联合支护原理， 提出了深部软 岩巷道喷锚注支护技术船 ] ， 并在赵各庄煤矿十二水平轨 道石门成功实施 。 1 工程背景 赵各庄矿十二水平轨道石门为十二水平南区开拓 延深的重要工程 ， 工程量总计 2 5 9 1 I n 。巷道断面尺寸 收稿 日期 2 0 1 2 0 4 3 0 作者简介 赵凤权， 男， 1 9 6 7 年生， 河北唐 山人， 2 0 1 1 年毕业于中国 矿业大学函授采矿专业， 采煤助理工程师。 净宽 净高 为 5 0 0 0 m mx 3 5 0 0 m m， 该巷道采用 E B Z 2 6 0掘进机切割的方法破岩 ， 皮带输送机配合耙斗 机出煤矸 ， 锚网喷浆永久支护的施工方法。巷道对应地 表标高为 5 ． 3 m ～ 2 ． 0 3 m，设计长度 2 5 9 1 m，掘进 3 2 4 m后预计遇到 F 1断层 ， 1 3 4 0 m后见 F 1 5断层 。 断层对巷道支护影 响主要为附近区域岩性破碎 ，局部 导水造成围岩弱化和泥化 ， 锚固区锚固力下降， 破碎区 扩展 ， 进而引起锚固区整体失稳。 2 巷道支护方式的选择 喷锚注支护技术是 随着巷道掘进以护 、 让为主 ， 允 许围岩充分变形 ， 优先选择喷层与护顶锚杆支护 。掘进 后期， 围岩应力和变形已经基本结束 ， 以支、 限为主， 优 先选择锚喷支护 ， 并以全长锚 固比较 可靠 ， 经过应力和 变形后期调整 ， 锚杆进入合理 的工作状态 ， 与围岩形成 结构共同承载， 并对内部围岩提供较大的支护阻力， 使 围岩以尽量低的速度变形。 为防止围岩长时间流变， 并 保持一定储备 ，滞后一段时间注浆加固破裂岩石锚固 圈层， 以适应应力扰动和其它工程力作用。据此， 喷锚 注优化的分阶段支护可概括为 及时喷层 、适时锚 网 喷， 滞后注浆。喷锚注支护是针对巷道围岩变形、 破坏 和强度特征所采取的支护对策， 是依次分步进行的、 动 态的，关键在于支护参数的合理选择与支护时机的准 确把握。 在把握围岩结构和变形破坏的基础上， 揭示出 锚 固和注浆加 固参与巷 道变形 的时机和本质作用 ， 发 1 7 2 0 1 2 年 第6 期 红i 夏 与 钍 2 0 1 2 年6 月 展了锚注支护技术，使锚杆支护与围岩滞后注浆更有 机地结合起来，从而提高支护系统的可靠性和支护效 果。 3 巷道支护参数设计 3 ． 1 锚网喷参数计算 a 1 锚杆长度。 依据悬吊理论， 按巷道最大断面尺寸 选择锚杆长度根据经验公式 1 可以计算出锚杆的长 度。 L N 1 ． I B ／ 1 0 1 式 中， 卜 顶锚杆长度 ， m； N 一 围岩稳定系数 ， 取 1 ． 1 ； B 一巷道宽度 ， 取 5 ． 0 m。 L I ． 1 r 1 ． 1 5 ／ 1 0 1 ． 7 6 m 根据现场实际情况和考虑到锚杆的外露长度及托 盘 、 螺母的长度 ， 取锚杆 的设计长度为 2 0 0 0 m m； b 锚杆的直径。锚杆的直径可由公式 2 计算 d L ， 1 1 0 2 式中， d 一锚杆直径 ， mm。 d 2 0 0 0 ／ 1 1 0 1 8． 1 mm 根据现场实际情况选用直径 2 0 I n m的右旋等强 锚杆； c 锚杆间排距。锚杆问排距可由公式 2 - 3 计算 D≤0 ． 5 L 3 式中， D 锚杆 的间排距 ， m。 D≤ 0． 52 1 i n 该平石 门通路位于煤 1 4底 板 ，巷道 围岩 比较稳 定， 选择锚杆间排距为 8 0 0 1 0 0 m m符合要求。在以 后的施工过程中， 工程技术人员将视顶板围岩情况， 适 时修改锚杆的间排距。 锚杆是组合拱支护主体， 喷层主 要对围岩进行适当的封闭，防止破裂体风化及受水影 响， 在施工中也起临时维护锚杆间破裂岩块的作用。 工 程实践经验喷层总厚度常取 8 0 mm 一 1 5 0 m m。金属网 是为了提高喷层的力学性能， 并能在初喷发生破坏时， 仍能有效地对表面进行维护， 它受力比较复杂， 整体结 构上它受到巷道收敛变形的影响， 局部可能受胀、 剪、 压等应力 。工程中常用 6 mi l l ～ 8 m m的钢筋焊织 的金 属网， 网孔边长 1 0 0 m m～ 1 5 0 mm的纬网或菱形网。 3 ． 2 锚注加固参数的计算 a 锚固长度。锚固长度可由公式 4 计算 L 1 1 2 d 4 式中， L l 锚固长度， m m。 d 一锚杆直径 ， mm。 L1 1 22 0 2 4 0 mm 为了增大锚 固力 ， 提高锚固效果 ， 决定采用加长锚 固， 锚 固长度不小于 9 0 0 m m。 1 8 b 注浆锚杆尺寸计算。注浆锚杆的尺寸计算要根 据浆液种类 、 注浆工艺的要求 ， 先确定注浆半径 b 巷道 半径与加固圈厚度之和 ， 然后按公式 5 计算注浆锚杆 尺寸 L b - L l 一 、 ／ e 4 ．6 一 o ．2 一 、 ／ 0 ．1 1 ．75 式中 I 锚 杆长度 ， m； S 巷道断面面积 ， 取 2 4 ． 6 m ； b 注浆加 固圈半径 ， 巷道半径与加 固圈厚度 之和 ， 取 4 ． 6 m； L 1 锚杆前端浆液扩散范围 ， O ． 1 m～ 0 ． 5 m； e锚杆外露长度， 取 0 ． 1 m。 根 据 现场 实 际 情 况 注浆 锚 杆 的设 计 长度 也 为 2 0 00 mm 。 4 锚喷注支护效果分析 a 加快了施工进度。 采用喷锚注联合支护技术， 因 注浆可滞后于锚网喷工序进行， 不影响井筒的正常使 用， 相比与其他支护可缩短工期近 2 0 d ； b 保证了安全生产。采用喷锚注联合支护三个多 月以来， 通过埋点观测，采用喷锚注联合支护技术， 巷道 西帮平均月移近量为 2 ． 1 m m， 顶底板平均月移近量为 5 ． 4 m m 主要为底鼓 ， 变形速度趋 于稳定 ， 巷道 围岩变 形基本稳定 。 说 明该支护技术在方法上可行 ， 在工艺上 合理， 支护效果显著； c 降低 了支护成本。 赵各庄矿十二水平轨道石 门， 采用锚 喷注联合支护减少 了巷道维修的人力 、物力和 财力的投入， 大大降低了支护成本， 提高了煤矿的经济 效益。 5 结语 喷锚注支护有效地控制 了赵各庄矿十二水平轨道 石门深部高应力膨胀性复合软岩巷道的变形破坏， 加 快了掘进速度 ， 减少 了巷道的翻修次数 ， 保证 了该矿的 安全生产。喷锚注支护不仅在技术上可行，安全上可 靠 ， 经济上合理 ， 重要的是它为该矿区井下软岩巷道治 理提供一条行之有效的支护技术。 参考文献 [ 1 ] 宋振 宇． 深部 高应力强底鼓巷道锚网支护技术[ J ] ． 煤炭技 术 ， 2 0 0 6 0 9 7 8 7 9 ． [ 2 ] 林育良． 软岩工程力学若干理论问题的探讨[ J ] ． 岩石力学 与工程学报 ， 2 0 0 9 6 6 9 0 6 9 3 ． [ 3 ] 刘长武． 煤矿 软岩巷道 的锚 喷 支护 同新奥 法的关 系[ J ] ． 中 国矿业 ， 2 0 0 6 1 6 1 - 6 4 ． 责任编辑 季鑫