淮北矿业股份有限公司涡北煤矿,安徽 淮北 235000
摘要:涡北煤矿长期受巷道变形影响,如何提高围岩强度、制定围岩治理方案,使巷道在有效地服务年限内服务生产,避免前掘后改的现象,满足矿井安全高效生产,显得尤为重要。本文分析了巷道的受力特征,重点从治理巷道底鼓这方面来论述。
关键词:围岩;底鼓;研究;治理方案
1巷道围岩结构稳定特征
从巷道围岩空间状态来看,巷道是由顶板、帮部和底板组成的复杂结构体,各部分在矿山压力作用下的受力状态不同,其围岩性质往往也存在着很大的差异。
当巷道顶板岩性为强度较低的泥岩,其他部位为砂岩时,巷道顶板发生明显的弯曲下沉,直接影响到巷道上部的稳定性,顶板过度弯曲下沉将导致其断裂和破碎,顶板低强度部分应作为支护重点管理。当巷道底板为软弱层时,巷道支护的重点应在底板,底板在水平集中应力作用下的地鼓变形十分明显,围岩控制的重点将是地鼓。当巷道两帮结构为软弱岩层时,巷道围岩变形主要表现为两帮岩层在垂直集中应力作用下的内移,两帮变形在中部和上部比较突出,巷道支护和让压的重点在两帮。当巷道围岩性质没有显著差异时,围岩各部分都会发生相应的变形,可以采用通常的支护理论于设计方法进行加固支护设计。
2巷道围岩加固措施
无论是回采巷道还是准备巷道,都存在仅有某-局部稳定性差的问题。这种情况下,若仅为了巷道局部的稳定性而采取保守的支护方式会造成浪费,若对该局部考虑不够又容易导致局部破坏从而影响整条巷道的使用,因此有必要针对性地控制局部稳定,另一方面充分发挥稳定部分的自承能力。对局部稳定性差的围岩进行控制有三种方法:(1)改善局部围岩应力状态,进行卸压保护;(2)加固巷道局部围岩;(3)前两条共同作用。
巷道围岩加固及卸压的重点在底板。因为对于稳定性较好的巷道来说,一般不需要采用封闭式支架,这样顶板及两帮均能得到有效的支护,唯有底板在自身属于不稳定类别时容易引起地鼓,造成顶底板移近量过大。我矿三条巷道的地鼓形式不同,虽然存在绝对的底板鼓出和屈曲破坏的情况,大多数情况下地鼓是两者的组合,支架腿部钻底也使地鼓问题恶化。对底板的局部处理可按以下过程进行。对软岩巷道的围岩控制,主要可采用U型可缩性支架支护,实施壁后充填技术,大幅度提高实际承载能力,或者采用内注外锚式锚杆支护,实现注浆支护和锚杆支护。
3巷道变形原因分析
3.1围岩条件分析
岩巷:岩性均较松软且层理发育,受构造及地层倾角影响,岩巷穿层掘进比较普遍。易风化、破碎,抗压强度低,而且遇水崩解、泥化、流化,易造成巷道围岩失稳,支护难度非常大。
煤巷:矿井煤层倾角大,埋藏深,地质构造复杂,且属极松散煤层,支架变形严重,后路反复底鼓,维护量大。
3.2支护形式分析
部分巷道支护方案与围岩条件不匹配,未做到一次支护最大化,巷道承载能力降低,导致巷道受压破坏。巷道施工时一次支护强度不足,注浆及二次支护没跟上,将导致巷道严重收缩变形。
3.3围岩治理分析
严格执行“治顶不如治帮、治帮不如治底、治底不如治水”的围岩综合治理理念,涡北煤矿现有的支护方案特别强调顶板及两帮的维护,底板支护强度基本为零,同时诸多下山掘进过程中,顶板淋水、断层裂隙水、施工用水治理不力,导致水向迎头聚集,迎头聚集的水一旦遇到底板软岩,会在短时间内将其风化、弱化、泥化,造成巷道底板破坏,破坏围岩整体承载力,易造成巷道整体性破坏。
4围岩治理方法
4.1加强技术管理
严格落实“32字”设计方针及安全技术经济一体化方案,按照“围岩分类-初步设计-监测分析-优化设计”的动态设计思想,科学选择支护方案,巷道方位、层位选择避免频繁揭穿煤层、软岩,主体巷道布置在硬岩中;合理巷道断面设计,永久巷道必须确保支护强度,杜绝巷道返修;提升机械化水平,增强信息化监控手段,合理把握巷道补强的有效时机,确保支护满足安全生产需求。
4.2加强主动支护
坚持“所有巷道均能实现主动支护”的理念,辅以注浆来发挥锚杆(索)主动支护作用。新掘巷道坚持一次支护强度最大化,坚持锚注结合实行“锚网索喷注”一次支护强度最大化+“锚带网喷”二次补强的联合支护方案,根据实际条件再适当做“减法”;修护巷道坚持“逢修必锚、不锚不修,逢修必注、不注不修”,一次修复到位、避免二次返修。煤巷跟顶掘进推广应用煤锚支护工艺,如采用架棚支护,则选择U型棚+锚索梁+锁腿支护模式,必要时缩小棚距以提高支护强度,小煤柱沿空掘进时,需全断面喷注浆加固管理。
4.3加强注浆工艺推进
在重要岩巷、特殊地段施工时,采取“深浅孔注浆”固化围岩。注浆严格按照先帮后顶、自下而上、逐排逐孔、左右对称、前后连续的顺序进行,新掘巷道如需注浆一次支护期间预留注浆锚杆,二次补强支护必须在注浆结束后进行。
4.4巷道破坏后的治理方案
锚喷修复:采用锚网索+全断面喷注浆+底板注浆治理模式(必要时采用底板锚杆补强支护)。
施工工艺流程:修复巷道刷扩→打注浆锚杆→喷浆→注浆→打锚杆挂钢网、钢带→喷浆→(必要时)打设注浆锚索→喷浆→注浆。
底板治理:采用“粗浅孔注浆+套深孔注浆+底板钢梁锚固”的联合支护工艺。施工工艺流程:粗浅孔注浆→套深孔注浆→底板锚索→钢梁(底板埋设U型钢梁,通过注浆孔利用锚索进行全长锚固,张紧后整体浇筑在底板内)。
5工程实例
5.1主要做法
巷道开挖后,围岩破碎变形区域在两帮及顶板生成,在底板也有一定深度范围内发育,底板岩层承受轴向力作用,当底板岩层承受的轴向力超限后,就会引起底板破裂、底鼓。变注浆将岩石裂隙进行充填,使其成为一个整体,从而提高提高围岩整体性和强度,使巷道得到加固,可以较好的维护围岩稳定,在较大范围内强化岩体的力学性能,改变围岩岩性,使围岩能较好地与支护体形成整体承载结构,提高整体承载结构的承载能力。涡北煤矿81里1风巷后路修复采用此种修复注浆方式,现场检查效果较好。
根据巷道用途、服务年限、地质条件,巷道空间关系,打破原有被动支护思维,牢固树立主动支护理念,从改善围岩结构、提高围岩自稳性、发挥围岩主动承载作用,从安全、技术、经济等方面实现对矿压的有效控制,采取“一巷一策”围岩综合治理措施。
针对巷道围岩强度低,巷道埋深大,应力较高,巷道不同位置围岩受力及变形情况,设计出顶底板采用高强度支护,两帮采用较强支护的非均匀支护技术,经试验表明改支护技术是一种适合深埋软岩巷道的支护技术。
5.2实际应用
85采区运输大巷位于一水平、一采区,里段长约200m,施工层位为10煤、10煤顶、11煤;岩性为10煤、粉砂岩~细砂岩;巷道揭露正断层,过断层后揭露灰岩。该段巷道位于85采区开拓主体上山下口下段,受地压及81里1工作面回采影响及相邻巷道施工动压影响,巷道局部地段损坏情况严重,巷道底板底鼓,水沟变形,顶帮炸皮放线,威胁行人、通风安全。
经过分析制定了修复方案:采用锚网喷+锚索+二次锚网+注浆支护,重点对巷道底板进行加固处理。巷道卧底后铺设水泥地坪,先对底板进行浅孔无压注浆,后对底板进行深孔注浆,深孔注浆结束后,底板采用锚杆进行补强。85采区运输大巷底板治理后,通过观测,底板无底鼓现象。
6努力方向
强推底板注浆,强化源头治理,底板浅、深孔注浆能将深部破碎的围岩胶结成整体,可以较好的维护围岩稳定,在较大范围内强化岩体的力学性能,改变围岩岩性,使围岩能较好地与支护体形成整体承载结构,提高整体承载结构的承载能力。
参考文献
[1]张启元.玉溪煤矿井底车场巷道底板加固技术研究[J].山东煤炭科技,2022,40(03):7-9+15.
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