深部巷道劣化機(jī)理及修復(fù)加固 技術(shù)研究

?深部巷道劣化機(jī)理及修復(fù)加固?技術(shù)研究

? ? ? ? ? ? ? ? ? ??興隆莊煤礦綜掘二區(qū)唐瑞成

?摘? 要?本文介紹了深部巷道劣化的主要因素及機(jī)理，找出了巷道劣化的主要特征，對(duì)巷道開(kāi)拓布置、支護(hù)設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)作用，總結(jié)的加固技術(shù)有較好的推廣價(jià)值。

?關(guān)鍵詞???? ?巷道劣化? 加固技術(shù)? 錨網(wǎng)噴支護(hù)? 變形觀測(cè)? 圍巖松動(dòng)圈

?概述：興隆莊煤礦七采區(qū)邊界泄水巷于2003年開(kāi)掘，位于七采區(qū)南邊界的-550水平，大致沿邊界煤柱掘進(jìn)，層位上在山西組3煤底板和太原組三灰之間的巖層中掘進(jìn)。到2013年，巷道出現(xiàn)了嚴(yán)重變形和破壞，主要表現(xiàn)為：底臌嚴(yán)重，拱頂破壞嚴(yán)重、兩幫破壞嚴(yán)重，局部地段兩幫大面積片落，還有大量水平及縱向開(kāi)裂，使得巷道被斷裂切割的縱橫交錯(cuò)。

一、巷道劣化機(jī)理

1.1巷道劣化原因分析：

1.1.1地質(zhì)因素：七采區(qū)邊界泄水巷位于3煤和3灰之間巷道穿層的巖性主要為粉砂巖、煤、粘土巖、泥質(zhì)粉砂巖、中細(xì)砂巖及黑色粉砂巖。這些巖石中有些比較堅(jiān)硬，有些則比較軟弱。從巷道變形破壞來(lái)看，位于軟弱層位的巷道普遍劣化嚴(yán)重，而處于堅(jiān)硬巖石層位的巷道，雖也有一定程度的變形，但劣化程度較輕，并且整條泄水巷的劣化也基本遵從這一規(guī)律，說(shuō)明地質(zhì)因素是巷道劣化的主要影響因素。

1.1.2采動(dòng)影響：采動(dòng)影響也是造成七采區(qū)邊界泄水巷劣化破壞的重要原因。從巷道的破壞地點(diǎn)來(lái)看，凡是受到采動(dòng)影響的地段劣化程度比未受采動(dòng)影響的地段嚴(yán)重的多，尤其是該地段中巖性較差的的地質(zhì)薄弱地點(diǎn)，劣化十分嚴(yán)重。

1.1.3支護(hù)強(qiáng)度：當(dāng)其他因素不變時(shí)，支護(hù)強(qiáng)度與巷道所能承受的應(yīng)力成正比關(guān)系。支護(hù)強(qiáng)度偏低和支護(hù)效果的逐步降低也是造成巷道嚴(yán)重劣化的重要因素。

1.1.4巖石流變影響：七采區(qū)邊界泄水巷有些地段穿過(guò)粘土層，該層巖石具有較強(qiáng)的流變性，對(duì)巷道的支護(hù)是極不利的，而象泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖等也具有一定的流變性，對(duì)支護(hù)也產(chǎn)生一定的影響。

1.2巷道變形破壞特征：

1.2.1巷道頂部形成“尖頂”，兩幫噴層開(kāi)裂，錨桿松動(dòng)，巖體鼓出。

1.2.2巷道左底角部（水溝側(cè)）及右頂角部（靠近邊界側(cè)）巖體嚴(yán)重破碎，左底幫處噴層大面積跨落，底部巖體隆起，右頂幫處錨桿被拉斷，噴層脫落，巖塊經(jīng)常掉落。

1.2.3巷道右頂角及右底角部巖體破裂異常，右頂幫巖體碎裂，噴層開(kāi)裂，右底部巖體向巷道內(nèi)臌出。

1.3巷道頂、底板變形破壞機(jī)理

七采區(qū)邊界泄水巷變形破壞主要發(fā)生在巷道的角部，受復(fù)雜的地層條件影響，巷道頂角處在拉、剪應(yīng)力交互作用下產(chǎn)生的剪切破壞為主的失穩(wěn)形式。巷道頂?shù)装逯胁慨a(chǎn)生離層與撓曲，造成集中拉應(yīng)力，巖體節(jié)理及裂隙張開(kāi)，在水平應(yīng)力作用下，頂?shù)装鍘r層易沿弱面剪切、斷裂及錯(cuò)動(dòng)，造成頂?shù)装迤茐摹?span lang="EN-US">

二、修復(fù)加固技術(shù)研究

目前，劣化巷道的修復(fù)方案比較多，針對(duì)興隆莊煤礦的實(shí)際情況，選用錨網(wǎng)噴及錨注相結(jié)合的修復(fù)方案。

2.1根據(jù)情況對(duì)巷道進(jìn)行刷幫、起底和挑頂后，立即進(jìn)行錨噴支護(hù)，支護(hù)時(shí)加掛金屬網(wǎng)和鋪設(shè)鋼筋梯。

2.1.1錨噴支護(hù)的主要參數(shù)為：幫部錨桿采用單向左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿，直徑為0.02m、長(zhǎng)度為1.8m，每根錨桿均使用1塊樹(shù)脂錨固劑固定，錨固劑型號(hào)為CK2850(直徑為0.028m，長(zhǎng)度為0.5m)，頂部采用Φ0.022m左旋無(wú)縱筋螺紋鋼，錨桿長(zhǎng)度為2.45m，樹(shù)脂錨固劑每孔二塊(CK2370及CK2850）。錨桿均使用配套標(biāo)準(zhǔn)錨桿托盤(pán)和螺母緊固安裝，錨桿外露長(zhǎng)度0.015～0.05m，托盤(pán)為正方形，規(guī)格為長(zhǎng)×寬=0.15×0.15m，用厚0.01m鋼板壓制成弧形，錨桿梯采用Φ0.008m鋼筋焊制而成，長(zhǎng)×寬=2.4×0.05m。錨桿的錨固力達(dá)到100KN。 錨桿橫向排距0.8m，縱向間距0.8m，噴層厚度150mm，

2.1.2金屬網(wǎng)采用直徑不小于0.0035m的冷拔鐵絲制作的經(jīng)緯網(wǎng)，規(guī)格為2.5×1.2m，網(wǎng)孔規(guī)格為0.05×0.05m，網(wǎng)要壓茬連接，網(wǎng)網(wǎng)搭接0.1m，用14^#鐵絲作聯(lián)網(wǎng)絲，每隔0.2m聯(lián)一扣，每扣擰2～3圈。聯(lián)網(wǎng)絲均朝向迎頭方向壓平并壓入網(wǎng)內(nèi)。

2.2錨噴支護(hù)2周后進(jìn)行注漿加固，注漿錨桿長(zhǎng)度一般取2.1m，采用φ32×6的冷軋無(wú)縫鋼管制作，間排距為2.0m×2.0m，三花形循環(huán)布置。

2.3當(dāng)頂板局部破碎難以支護(hù)時(shí)，增加錨索。

2.3.1錨索長(zhǎng)度應(yīng)能夠深入到上部穩(wěn)定巖層部分不小于1m?？稍谙锏罃嗝嫔喜贾?span lang="EN-US">2根錨索，間距2m，排距1.8m。錨索選用破斷力為380KN、低松弛預(yù)應(yīng)力的φ18mm的鋼絞線。

2.3.2打眼采用φ19中空六方接長(zhǎng)鉆桿配φ28雙翼鉆頭，單體風(fēng)動(dòng)錨桿鉆機(jī)，濕式打眼，打眼前首先量好鋼絞線長(zhǎng)度,眼深比鋼絞線短0.3m,誤差為±0.03m；打完眼后，卸連接釬子時(shí)，人員要站在眼位一側(cè)，避免釬子滑下傷人。

2.3.3人工將樹(shù)脂藥卷以每眼先裝二卷MSK2360，再裝一卷CKA2360共三卷裝入錨索眼中,用錨索將藥卷緩緩送入孔底，將錨索另一端用專用攪拌器與錨桿鉆機(jī)相連。

2.3.4一人扶住機(jī)頭，一人操作鉆機(jī)，一邊推進(jìn)，一邊攪拌，快推猛攪20s后，停止攪拌，并保持錨桿鉆機(jī)推力3～5min后方可撤下錨桿鉆機(jī)。

2.3.5打注錨索10min后，將槽鋼托盤(pán)(順巷道方向)、鐵盤(pán)錨具裝上，利用漲拉千斤頂緊固錨具，且達(dá)到漲拉預(yù)緊力力矩100 N·m，錨固力為180kN。漲拉千斤頂做漲拉時(shí)，要將千斤頂上的鐵鏈與頂網(wǎng)相連，泵加壓時(shí)，千斤頂下方不得有人。

三、效果對(duì)比

為了對(duì)比劣化巷道的修復(fù)效果，分別對(duì)試驗(yàn)巷道修復(fù)前和修復(fù)后的變形、受力等參數(shù)進(jìn)行了觀測(cè)。

3.1巷道變形觀測(cè)

表1? 修復(fù)前巷道變形觀測(cè)結(jié)果表??????? ?單位 mm

從表1可以看出，1-3斷面的變形明顯比4-5斷面小的多，說(shuō)明采動(dòng)對(duì)巷道劣化變形的影響很明顯，是巷道劣化的一個(gè)重要原因。

巷道修復(fù)后，在原測(cè)點(diǎn)位置重新設(shè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，最短觀測(cè)時(shí)間6個(gè)月，觀測(cè)結(jié)果如表2所示：

表2? 修復(fù)后巷道變形觀測(cè)結(jié)果表????? 單位：mm

從表1和表2可以看出，巷道修復(fù)后在6個(gè)月內(nèi)巷道變形很小。大大改善了七采區(qū)邊界泄水巷的支護(hù)狀況。

3.2錨桿支護(hù)效果觀測(cè)

表3 修復(fù)前錨桿拉拔實(shí)驗(yàn)結(jié)果表

表4 修復(fù)后錨桿拉拔實(shí)驗(yàn)結(jié)果表

根據(jù)表3的拉拔結(jié)果，修復(fù)前，七采區(qū)邊界泄水巷大部分錨桿的拉拔力達(dá)不到50KN的最低要求，只有一根錨桿達(dá)到70KN以上，平均合格率只有40%。修復(fù)后，經(jīng)過(guò)6個(gè)月后的拉拔試驗(yàn)表明，錨桿合格率100%，頂錨大多能達(dá)到70KN以上。

四、結(jié)論

4.1采動(dòng)對(duì)巷道劣化有明顯影響，是巷道劣化的一個(gè)重要原因。

4.2根據(jù)測(cè)試結(jié)果，圍巖松動(dòng)圈為1.4-1.8m，根據(jù)松動(dòng)圈理論，七采區(qū)邊界泄水巷的松動(dòng)圈已發(fā)育為中、大松動(dòng)圈，巷道劣化已較嚴(yán)重。

4.3七采區(qū)邊界泄水巷典型的巷道圍巖變形特征具有3種情況：①巷道頂部形成“尖頂”，兩幫噴層開(kāi)裂，錨桿松動(dòng)，巖體鼓出；②巷道左底角部（水溝側(cè)）及右頂角部巖體嚴(yán)重破碎，左底幫處噴層大面積跨落，底部巖體隆起；③巷道右頂角及右底角部巖體破裂異常，右頂幫巖體碎裂，噴層開(kāi)裂，右底部巖體向巷道內(nèi)臌出。

4.4七采區(qū)邊界泄水巷變形破壞主要發(fā)生在巷道的角部處在拉、剪應(yīng)力交互作用下產(chǎn)生的以剪切破壞為主的失穩(wěn)形式。

4.5當(dāng)其他因素不變時(shí)，圍巖的抵抗強(qiáng)度與剪應(yīng)力成反比關(guān)系，當(dāng)頂板的抵抗強(qiáng)度小于19.1MPa時(shí)，頂板巖快有可能被剪切破壞；當(dāng)?shù)装宓挚箯?qiáng)度小于16MPa時(shí)，底板巖快有可能被剪切破壞。

4.6針對(duì)興隆莊煤礦七采區(qū)邊界泄水巷變形的實(shí)際情況，選用的錨網(wǎng)噴及錨注相結(jié)合的修復(fù)方案安全有效，經(jīng)濟(jì)、技術(shù)俱佳。

4.7七采區(qū)邊界泄水巷修復(fù)后變形很小，大大改善了七采區(qū)邊界泄水巷的支護(hù)狀況；拉拔試驗(yàn)表明，錨桿合格率100%，頂錨大多能達(dá)到70KN以上，有效地提高了該巷道的支護(hù)強(qiáng)度。

通過(guò)對(duì)七采區(qū)邊界泄水巷劣化機(jī)理的研究及修復(fù)加固，我們?nèi)〉昧藢氋F的經(jīng)驗(yàn)，為我們以后修復(fù)深部掘進(jìn)的老巷道提供了參考，同時(shí)，也為下一步即將掘進(jìn)的其他深部巷道提供了支護(hù)方法，必將大大降低深部巷道的修復(fù)率，提高深部巷道的使用壽命。

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