论文部分内容阅读
[摘 要]信湖煤矿一水平—960m，属淮北矿区埋藏深、高地压、软岩巷道，一水平井底车场及轨道石门围岩主要为泥岩或粉砂岩，岩性较软、节理发育，自井底车场仅采取一次锚网索喷支护开拓120m以后，巷道变形严重，针对巷道变形原因，对巷道采取了二次支护及深浅孔注浆加固支护技术.本文详细介绍了井底车场及轨道石门石门二次支护及深浅孔注浆加固设计方案，该支护方案实施后，较好的控制了巷道围岩变形，取得了良好的效果。
[关键词]软岩；注浆加固；巷道；二次支护
中图分类号：P31 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）40-0361-01
1 工程概况
信湖煤矿地面标高+31m，一水平-960m井底车场及轨道石门位于3#煤顶底板附近岩层中，巷道围岩主要为泥岩，局部为粉砂岩，巷道断面为半圆拱形断面，采用一次锚网索喷的支护形式，自该石门开拓120m以后，巷道围岩变形大，严重影响巷道正常使用，所以，分析巷道变形原因，采取合理支护形式及等级，提高围岩整体的强度及稳定性，控制围岩变形及松动圈的发展，对保证井底车场及大巷的正常使用具有重要意义。
2 巷道变形原因分析
通过对矿井地质资料及井下实际情况调查分析认为，井底车场及主要石门变形的主要原因有以下几点：
1）井底车场巷道埋深近千米，巷道开挖就产生大的收敛变形量是深井巷道矿压显现的显著、普遍特点。
2）巷道围岩多为泥岩，裂隙发育，泥岩岩性较软且易风化，尤其遇到淋水时，围岩极易膨胀，变形增大；掘进过程中多次遇断层，围岩较破碎，，围岩强度及稳定性降低，自身承载能力变差。
3）顶板砂岩存在较多裂隙，淋水现象严重，极易导致巷道周围泥岩的变形。
4）巷道位于3#煤附近，掘进中多次揭穿该煤组煤层，由于煤的承载能力较差，极易发生顶板离层、巷道两帮伸腿和底鼓，巷道变形严重。
5）巷道原采用的一次锚网索喷支护形式，在锚网索喷支护体系中，喷浆料不能进入围岩裂隙，与围岩裂隙充分接触，所以不能显著提高已破碎围岩的强度与稳定性。
3 二次支护及深浅孔注浆体系的设计与应用效果
3.1 二次支护及注浆方案
1）巷道掘进时，在原有巷道设计断面的基础上，将巷道尺寸向外放大100mm，预留二次支护空间，保证原巷道的设计功能需要。
2）巷道一次支护成巷验收合格后，让巷道围岩充分泄压然后进行浅孔注浆，一般滞后掘进迎头80m至120m或者一个半月时间后，施工浅孔注浆锚杆并进行注浆。
3）在已经完成浅孔注浆段巷道进行二次支护，一般距离迎头120m至160m左右进行二次支护；二次支护后打注浆锚索，并对巷道帮部及顶部注浆锚索进行注浆。
4）对底鼓或特殊地段巷道底板进行注浆处理，先按照巷道设计底板标高进行卧底，要求巷道底板比设计标高低100mm，按底板注浆锚杆设计间排距施工底梁槽，底梁槽与巷道平行布置，底梁槽尺寸应满足底梁安装，在底梁槽内按锚杆间距打注浆锚杆、安装注浆锚杆和底梁、上托盘、底板浇筑砼至设计标高、底板注浆。
3.2 注浆及二次支护材料的选择及参数设计
1）注浆材料
本次深浅孔注浆设计方案中，注浆材料为水泥和水玻璃，水泥为42.5MPa，普通硅酸盐水泥，水玻璃用于淋水段堵水和封闭注浆孔。
2）注浆参数设计
①注浆压力，根据经验，方案中浅孔注浆压力为3MPa，深孔注浆压力为6MPa，底板注浆压力为3MPa。
②在实际施工过程中，保证有效扩散半径不小于2.0m。
③注浆材料配比参数设计。一是水泥浆的水灰比控制在（0.8～1.0）：1，二是水泥浆与水玻璃的比例应控制在1： （0.1～0.2）。
3.3 注浆锚杆、注浆锚索布置及参数
1）顶帮浅孔注浆锚杆及地板注浆锚杆均为MZGK180-32/25麻花式中空注浆锚杆，规格为Φ25×2800mm，托盘规格为150mm×150mm×10mm，使用一支Z2550型树脂锚固剂端锚。顶帮注浆锚杆间排距为1600mm×1600mm，每排均布8根锚杆，其中巷道两肩窝各2根，两帮各2根。底板注浆锚杆间距1100mm，排距1100mm，每排7根锚杆，中间5根从水沟测开始均布，垂直底板，每排锚杆上一道20#槽钢底梁并拧紧至150N·M，槽钢腹板紧贴底板，在巷道底脚各施工1根注浆锚杆外摆15°，地坪浇筑砼强度不低于C20，特殊情况应根据巷道实际尺寸布置注浆锚杆。
2）注浆锚索外形尺寸Φ17.8×7000mm，托盘规格为300mm×300mm×15mm材料为七股扭合式高强低松弛钢绞线。锚索单根强度级别为1860MPa，破坏负荷350KN。间排距2400mm×2400mm，每排均布5根锚索错开一次支护偏巷中1根，两肩窝各1根，两帮各1根， 特殊情况应根据巷道实际尺寸布置注浆锚索。
3.4 二次支护布置及参数
二次支护采用锚网带喷支护，锚杆型号为Φ22×2800mm高强左旋螺纹锚杆、M4钢带，每根长4200m、自连式钢筋网尺寸Φ6×1800mm×1000mm，喷射砼强度C20，喷砼厚度100mm。锚杆间排距800mm×800mm，从巷道中顶偏移400mm对称施工锚杆，每排16根，每根锚杆使用1根K2550锚固剂、2根Z2550锚固剂，锚杆扭矩力不小于300N·M，底脚锚杆下扎15°，墙基处钢筋网支护到巷道设计标高下100mm，M4沿巷道方向布置，排距800mm。
3.5 应用效果分析
为观测巷道围岩变形量，每隔50m巷道设计布置一个测站，每个测站设3个观测点面，采用十字布点法进行观测，经过3个月监测，巷道在未进行二次支护及深浅孔注浆加固前，顶板下沉相对变型量最大为85mm，相对底鼓量为268mm，顶底板移近量合计343mm，左帮相对变型量最大为30mm，右帮相对变型量最大为175mm，左右帮移近量合计205mm。经过二次支护及深浅孔注浆加固后，经再次观测，3个月内两帮及顶底板最大变形量为60mm左右，支护效果非常良好。
4 结论
1）井底车场及主要大巷采取二次支护及深浅孔注浆后，显著提高了巷道围岩强度，形成了承载结构，降低了围岩变形的程度，保证了巷道的安全使用，取得了良好的工程实践效果。
2）二次支护及深浅孔注浆技术的关键性参数是注浆和二次支护的时机要与一次支护巷道让压在时间和空间上的耦合，注浆压力、注浆扩散半径、单孔吃浆量是相互影响的，没有固定的取值，要根据围岩的破碎情况灵活而定，选择合适的参数和时机。
参考文献
[1] 钱鸣高，石平五，矿山压力与岩层控制[M].徐州：中国矿业大学出版社，2003.
[2] 康普红，王金华，林建.煤矿巷道锚杆支护应用实例分析[J].岩石力学与工程学报，2010，29（4）.
[3] 李明远，王连国，易恭猷，等.软岩巷道锚注支护理论与实践[M].北京：煤炭工业出版社，2001.
[4] 樊克恭，翟德元.巷道围岩弱结构破坏失稳分析与非对称控制机理[M].北京：煤炭工业出版社，2004.
[关键词]软岩；注浆加固；巷道；二次支护
中图分类号：P31 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）40-0361-01
1 工程概况
信湖煤矿地面标高+31m，一水平-960m井底车场及轨道石门位于3#煤顶底板附近岩层中，巷道围岩主要为泥岩，局部为粉砂岩，巷道断面为半圆拱形断面，采用一次锚网索喷的支护形式，自该石门开拓120m以后，巷道围岩变形大，严重影响巷道正常使用，所以，分析巷道变形原因，采取合理支护形式及等级，提高围岩整体的强度及稳定性，控制围岩变形及松动圈的发展，对保证井底车场及大巷的正常使用具有重要意义。
2 巷道变形原因分析
通过对矿井地质资料及井下实际情况调查分析认为，井底车场及主要石门变形的主要原因有以下几点：
1）井底车场巷道埋深近千米，巷道开挖就产生大的收敛变形量是深井巷道矿压显现的显著、普遍特点。
2）巷道围岩多为泥岩，裂隙发育，泥岩岩性较软且易风化，尤其遇到淋水时，围岩极易膨胀，变形增大；掘进过程中多次遇断层，围岩较破碎，，围岩强度及稳定性降低，自身承载能力变差。
3）顶板砂岩存在较多裂隙，淋水现象严重，极易导致巷道周围泥岩的变形。
4）巷道位于3#煤附近，掘进中多次揭穿该煤组煤层，由于煤的承载能力较差，极易发生顶板离层、巷道两帮伸腿和底鼓，巷道变形严重。
5）巷道原采用的一次锚网索喷支护形式，在锚网索喷支护体系中，喷浆料不能进入围岩裂隙，与围岩裂隙充分接触，所以不能显著提高已破碎围岩的强度与稳定性。
3 二次支护及深浅孔注浆体系的设计与应用效果
3.1 二次支护及注浆方案
1）巷道掘进时，在原有巷道设计断面的基础上，将巷道尺寸向外放大100mm，预留二次支护空间，保证原巷道的设计功能需要。
2）巷道一次支护成巷验收合格后，让巷道围岩充分泄压然后进行浅孔注浆，一般滞后掘进迎头80m至120m或者一个半月时间后，施工浅孔注浆锚杆并进行注浆。
3）在已经完成浅孔注浆段巷道进行二次支护，一般距离迎头120m至160m左右进行二次支护；二次支护后打注浆锚索，并对巷道帮部及顶部注浆锚索进行注浆。
4）对底鼓或特殊地段巷道底板进行注浆处理，先按照巷道设计底板标高进行卧底，要求巷道底板比设计标高低100mm，按底板注浆锚杆设计间排距施工底梁槽，底梁槽与巷道平行布置，底梁槽尺寸应满足底梁安装，在底梁槽内按锚杆间距打注浆锚杆、安装注浆锚杆和底梁、上托盘、底板浇筑砼至设计标高、底板注浆。
3.2 注浆及二次支护材料的选择及参数设计
1）注浆材料
本次深浅孔注浆设计方案中，注浆材料为水泥和水玻璃，水泥为42.5MPa，普通硅酸盐水泥，水玻璃用于淋水段堵水和封闭注浆孔。
2）注浆参数设计
①注浆压力，根据经验，方案中浅孔注浆压力为3MPa，深孔注浆压力为6MPa，底板注浆压力为3MPa。
②在实际施工过程中，保证有效扩散半径不小于2.0m。
③注浆材料配比参数设计。一是水泥浆的水灰比控制在（0.8～1.0）：1，二是水泥浆与水玻璃的比例应控制在1： （0.1～0.2）。
3.3 注浆锚杆、注浆锚索布置及参数
1）顶帮浅孔注浆锚杆及地板注浆锚杆均为MZGK180-32/25麻花式中空注浆锚杆，规格为Φ25×2800mm，托盘规格为150mm×150mm×10mm，使用一支Z2550型树脂锚固剂端锚。顶帮注浆锚杆间排距为1600mm×1600mm，每排均布8根锚杆，其中巷道两肩窝各2根，两帮各2根。底板注浆锚杆间距1100mm，排距1100mm，每排7根锚杆，中间5根从水沟测开始均布，垂直底板，每排锚杆上一道20#槽钢底梁并拧紧至150N·M，槽钢腹板紧贴底板，在巷道底脚各施工1根注浆锚杆外摆15°，地坪浇筑砼强度不低于C20，特殊情况应根据巷道实际尺寸布置注浆锚杆。
2）注浆锚索外形尺寸Φ17.8×7000mm，托盘规格为300mm×300mm×15mm材料为七股扭合式高强低松弛钢绞线。锚索单根强度级别为1860MPa，破坏负荷350KN。间排距2400mm×2400mm，每排均布5根锚索错开一次支护偏巷中1根，两肩窝各1根，两帮各1根， 特殊情况应根据巷道实际尺寸布置注浆锚索。
3.4 二次支护布置及参数
二次支护采用锚网带喷支护，锚杆型号为Φ22×2800mm高强左旋螺纹锚杆、M4钢带，每根长4200m、自连式钢筋网尺寸Φ6×1800mm×1000mm，喷射砼强度C20，喷砼厚度100mm。锚杆间排距800mm×800mm，从巷道中顶偏移400mm对称施工锚杆，每排16根，每根锚杆使用1根K2550锚固剂、2根Z2550锚固剂，锚杆扭矩力不小于300N·M，底脚锚杆下扎15°，墙基处钢筋网支护到巷道设计标高下100mm，M4沿巷道方向布置，排距800mm。
3.5 应用效果分析
为观测巷道围岩变形量，每隔50m巷道设计布置一个测站，每个测站设3个观测点面，采用十字布点法进行观测，经过3个月监测，巷道在未进行二次支护及深浅孔注浆加固前，顶板下沉相对变型量最大为85mm，相对底鼓量为268mm，顶底板移近量合计343mm，左帮相对变型量最大为30mm，右帮相对变型量最大为175mm，左右帮移近量合计205mm。经过二次支护及深浅孔注浆加固后，经再次观测，3个月内两帮及顶底板最大变形量为60mm左右，支护效果非常良好。
4 结论
1）井底车场及主要大巷采取二次支护及深浅孔注浆后，显著提高了巷道围岩强度，形成了承载结构，降低了围岩变形的程度，保证了巷道的安全使用，取得了良好的工程实践效果。
2）二次支护及深浅孔注浆技术的关键性参数是注浆和二次支护的时机要与一次支护巷道让压在时间和空间上的耦合，注浆压力、注浆扩散半径、单孔吃浆量是相互影响的，没有固定的取值，要根据围岩的破碎情况灵活而定，选择合适的参数和时机。
参考文献
[1] 钱鸣高，石平五，矿山压力与岩层控制[M].徐州：中国矿业大学出版社，2003.
[2] 康普红，王金华，林建.煤矿巷道锚杆支护应用实例分析[J].岩石力学与工程学报，2010，29（4）.
[3] 李明远，王连国，易恭猷，等.软岩巷道锚注支护理论与实践[M].北京：煤炭工业出版社，2001.
[4] 樊克恭，翟德元.巷道围岩弱结构破坏失稳分析与非对称控制机理[M].北京：煤炭工业出版社，2004.