深部地层巷道围岩稳定与支护技术的应用

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  摘要:平煤六矿北二进风井二期工程埋深约1020m(标高从+141.3~-878.7m),其中中央泵房、变电所硐室由于埋深大、地应力大,加上岩层具有松软和遇水膨胀等特点。导致硐室围岩变形严重,拱顶开裂、两帮位移和底鼓都非常明显,通过组合锚索支护及壁后注浆,提高了围岩强度,遏制了巷道(硐室)再次变形。
  关键词:组合锚索;壁后注浆
  1.工程概况
  平煤六矿北二进风进井底中央变电所和泵房及其通道全长163.5m,原支护采用“锚网喷+锚索”联合支护方案,锚杆选用φ22×2800mm高强树脂锚杆,间排距700mm×700mm,每孔配3卷Z2335型树脂药,锚杆固力不小于50kN:锚索为φ17.8×8000mm,每排7根,间排距1400mm×1400mm,每根锚索配5卷Z2840型树脂药,锚索预紧力不小于100kN:金属网采用φ6mm的冷拔钢丝网,网格80mm×80mm,网面之间搭接100mm,喷浆厚度T=150mm,混凝土强度C20。
  2.巷道破坏原理
  六矿北二进风井井底中央变电所和中央泵房开挖后,虽然采用高强度锚杆、锚索和钢筋网联合支护,但经现场调研发现硐室变形非常严重,两帮挤进突出,底鼓量大,根据巷道围岩应力环境和围岩岩性综合分析,巷道破坏的主要原因有以下几点:①围岩强度较低,且节理裂隙发育,自稳能力差。②埋深大,地应力大。③锚杆支护参数不合理。④水平应力大导致底鼓现象突出。
  3.施工方案及施工方法
  3.1施工支护方案
  针对中央泵房、中央变电所底鼓,侧压导致的巷道破裂,决定决策以下方案进行施工修复,以提高工程质量和稳定性。
  维修施工时要求按照从外向里,由顶到帮,逐排进行的原则进行施工。即从井底中央泵房、变电所起点位置向南进行维修施工。
  巷道维修要求对变形段重新进行锚网喷支护,并保证井底中央泵房、变电所原设计断面。巷道要求全断面进行锚网喷+锚索支护,然后巷道注浆+注浆锚索支护。锚杆选用φ22×2800mm高强树脂锚杆,锚杆托板规格为120mm×120mm×10mm,锚杆间排距为700×700mm,每根锚杆配3卷Z2335型树脂药卷,锚杆锚固力不小于80kN:喷浆金属网采用φ6mm钢筋焊接网,网孔80mm×80mm;喷厚150mm,喷浆强度等级为C20:锚索采用φ17.8×12000mm钢绞线,每根锚索配6卷Z2335型树脂药卷,锚索问排距1400mm×l400mm;组合注浆锚索采用φ17.8×16000mm钢绞线,每组4根。变电所拱部每排布置4组,泵房每排布置6组,间距均为3000mm。
  3.2施工方法
  3.2.1扩帮及锚网支护
  施工前,在施工地点前后20m范围内对电缆,风水管,风筒进行掩护。风水管使用大板铺设掩护,风筒使用旧皮带及编织网进行掩护,放炮后及时检查、连接风筒使其达到要求的通风条件。
  施工时要求从外到里,先找掉顶板危岩浮矸。然后在工作地点搭设工作台,泵房工作台使用φ108mm的钢管焊接加工,工作台高度4000mm,宽5000mm,长5000mm:变电所工作台使用φ108mm的钢管焊接加工,工作台高度2000mm,宽4500mm,长5000mm。工作台上使用不少于5块长5000mm,宽300mm,厚70mm的木板东西放置,模板中间夹两寸管子加固。工作台支腿和横梁用15.5钢丝绳扣连接加固,每道绳口不少于2道卡子,支腿与支腿之间用横梁连死,防止扭斜或支点不平衡塌落伤人,木板与钢管之间使用8#铁丝双股交叉绑紧,木板上铺设钢笆网钢板网固定在架子管上防止滑动。施工人员站在架子上施工时必须使用保险带,木板钢管必须牢固可靠。
  施工时首先拉规格尺寸,巷道尺寸不够的地方用风镐刷掉,保证巷道设计断面。处理之后及时对巷道进行锚网支护,先顶后帮。按照原设计规格尺寸进行支护。锚网支护完毕后,及时按设计厚度进行喷浆封闭然后打锚索。处理掉的虚渣及时人工装车运走,防止堆积阻塞轨道运输。
  3.2.2壁后注浆加固周边围岩
  (1)注浆前准备工作:注浆前要求巷道底板达到设计标高,并清扫干净;对巷道脱皮掉块部分进行清理。
  (2)注浆管埋设:用YT-28风钻造孔,孔深5m,顶帮均匀布孔,注浆孔问排距2m×2m,三花型布置。注浆管采用φ25.4×1500mm的镀锌管,管身车一段500mm长的马牙扣,进浆端加工丝扣并与φ25.4mm的球阀连接。把孔口管缠麻打入孔,外露50mm。
  (3)注浆设备及布置:设备采用2TGZ-60/210型双液高压注浆泵
  设备布置:在巷道布置一台JL-200型搅拌机用来拌制浆液,搅拌机放置高度以能自动流入盛浆容器为宜,在工作区设置一高度为1米的工作台,放置一台注浆泵及操作开关。另需存放三个0.5m3的铁桶,一个存放水泥浆,一个存放清水,一个存放水玻璃。工作面的供风、信号、动力电缆、照明电缆利用原有的设施。
  (4)注漿材料:注浆材料以水泥单液浆为主,发现有跑浆时,改注水泥一水玻璃双液浆。
  (5)注浆压力:加固注浆终孔压力2.5MPa左右为宜,具体情况以不对巷道造成新的破坏为原则。
  (6)注浆施工顺序:造孔→埋管→检查球阀及注浆管路→压水试验→注浆。
  3.2.3注浆组合锚索的加工及施工工艺
  (1)注浆组合锚索每组由4根φ17.8×16000mm的钢绞线组合而成,注浆锚索间排距按3.0m×3.0m分布,注浆锚索长度为16m,分为锚固段(11m)和涨拉段(5m),整束锚索由钢绞线、导向帽、塑料套管、支撑架,排气管组合而成。注浆组合锚索允许外露长度不超过0.5m。
  (2)注浆组合锚索盘采用20mm槽钢与16mm钢板焊接加工而成,20mm槽钢长度0.5m,16mm钢板长度0.4mm,锚索盘上钻φ18mm孔4个,孔间距按照注浆锚索锁具孔间距加工。
  (3)注浆组合锚索锁具采用φ18mm×4高强铸铁组合锁具。
  (4)注浆组合锚索尾端5m段套入φ20mm塑料管,每组锚索所需φ20mm塑料管长度为22m。
  (5)注浆组合锚索在4根φ17.8×16000mm的钢绞线中间插入φ8mm塑料管作为注浆施工时的排气管,每组锚索所需φ8mm塑料管长度为17m。
  (6)导向帽采用DN50mm×200mm钢管加工,钢管端头做成锥形,方便锚索穿入锚索孔。
  (7)4根单根钢绞线靠支撑架固定,每2m绑扎一个支撑架。支撑架采用φ20mm螺帽外焊接4根φ6min×100mm钢筋加工而成。
  (8)注浆组合锚索注浆前在孔口安装注浆管,注浆管采用φ25.4mm×1000mm的镀锌管。φ25.4mm注浆管加工为鱼鳞扣,进浆端加工丝扣,装上φ25.4mm的球阀以控制孔内浆液。
  (9)注浆以水泥单液浆为主,水泥采用P.0.42.5级新鲜普通硅酸盐水泥,注浆终孔压力不超过3MPa为宜。
  (10)注浆锚索单孔注浆量使用水泥量约为0.75T。
  (11)10d后对组合注浆锚索逐根进行涨拉,涨拉前安装锚盘时要先找平孔口,安装和锚具,然后穿上千斤顶进行涨拉,涨拉要逐股分组循环涨拉,单根锚索涨拉强度不得小于100kN(见图1-3)。
  4.施工技术实施效果
  从观测点测量数据分析,各部位变形量较小,特别时进行注浆之后,提高了岩体的整体性,并增强了支护与围岩的承载作用,达到了稳定,因此,此种方案对于高应力区的巷道稳定性有利,提高了支护结构及围岩承载体的整体强度,有利于巷道的长期稳定。
  收稿日期:2013-4-17
  作者简介:罗飞宇(1980-),男,助理工程师,2007年毕业于河南理工大学,从事技术管理工作。
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