深部破碎围岩巷道锚喷支护修复技术

添加人：admin 发布时间：2015/11/12 8:45:42 来源：中国破碎机网

　　深部破碎围岩巷道锚喷支护修复技术王德田，肖尚红（新汶矿业集团华丰煤矿，山东泰安271413）锚喷、锚索及锚梁支护技术，经应用实践证明，支护效果显著，具有很好的推广应用价值。
　　新汶矿业集团华丰煤矿是百年老矿，现已延深至-1100水平，巷道埋深达到1150m，巷道围岩在深部高地压的作用下，明显地呈现出高应力软岩特性，深部巷道破坏严重，出现了锚杆失锚、喷体脱落和顶板冒落等现象，甚至堵塞巷道，影响生产，威胁人身安全。以往棚式支护巷修不能从根本上解决问题，支架变形严重，维修时顶板管理难度大，施工环境恶劣，为此，在分析破碎围岩巷道破坏形态和机理的基础上，提出了深部破碎围岩巷道的支护修复技术-锚喷、锚索及锚梁支护技术，经在-750m大巷应用实践证明，取得了显著的支护效果，具有很好的推广应用价值。
　　1深部破碎围岩巷道破坏形态及机理1.1深部巷道的破坏形态深部巷道的破坏形态主要有以下几种：①剪切破坏：主要发生在巷道的拱基，表现为喷体脱落等；°拉伸破坏：主要发生在巷道的直墙正顶及下帮的肩窝处，表现为喷体破断、脱落等；单向受压破坏：主要发生在上帮直墙上部，造成喷体片状脱落或压碎；④收缩变形破坏：主要发生在巷道的弱面位置；⑤其他：锚杆失去锚固力，拉断和底鼓等。
　　1.2深部巷道破坏机理分析华丰矿深部巷道虽全面推广了锚杆支护技术，但受高应力的强烈作用，巷道破坏问题仍较突出。从巷道破坏形态来看，主要受深部高地压、构造应力及采场应力作用，各种应力的复合作用加剧了巷道破坏的进程，华丰矿深部巷道围岩属于典型的高应力软岩巷道，在高应力长期作用下，巷道围岩由浅部的弹塑性为主的变形，转变为深部塑性流变变形，围岩一旦破裂，便产生明显强烈的碎胀和扩容，造成支护体的严重破坏，因此，在高应力软岩破坏中，围岩碎胀扩容变形力是造成支护体破坏的直接力源。
　　2锚喷支护修复破碎围岩巷道2.1锚喷支护作用机理锚喷在破碎围岩中的作用机理是：通过锚杆与破裂岩石复合，使破碎围岩介质的承载能力增强并具有一定的抗变形能力，使巷道抗失稳能力增强，破碎围岩锚喷支护技术的关键是如何对破碎松动围岩加固补强及如何确定支护时机，如果支护时机掌握不好，巷修后的巷道就会和原始支护一样遭到破坏。特别是巷道处于生产环境之中，受采动影响十分明显，巷道破坏的最主要原因也就是深部地压作用和采动影响。在围岩剧烈活动期，一般支护手段很难保证巷道支护完好。如巷修的支护时间太早，在高地压尚未重新分布完毕或工作面采动影响通过之前进行，则支护效果不佳；如支护时间太迟，巷道的有害变形将会加剧，巷道冒顶的可能性增强，围岩破碎松动的范围将加大，给修复工作带来极大困难。因此，合理确定支护时机是巷道修复的一个关键问题。
　　2.2巷道居护最佳时机的确定巷道维护的最佳时机是地压呈显剧烈影响期或采动影响压力峰值通过后，立即对巷道进行补强和扩修，这样既能防止支护体再次遭到破坏，又能*68 2005.Ne1矿山压力与顶板管理最大限度地控制巷道围岩变形。
　　深部地压作用破坏时，其最佳时机按巷道矿压观测资料确定，通过对巷道围岩表面位移观测，绘制出巷道变形曲线。其变形速度达到最大值时，表明巷道围岩受力最大，此后压力减小（但变形不停止）。此时，如巷道支护强度能抵抗破坏外力，贝IJ巷道不破坏；如巷道支护强度相对较弱，则巷道出现变形、喷体出现片状或鳞状剥落，此时便是最佳支护时机的临界点，可进行巷道修复工作。
　　对受采动影响的大巷等，也要根据矿压观测按上述方式进行确定，一般在推采10m后压力变小，但围岩稳定阶段则在到跨采后30~ 40m，此时便是受采动影响巷道的最佳维护期。
　　华丰矿采用该法确定支护时机，对-750前一采回风上山、-750人车井、-750大巷等进行了修复，修复后巷道最大的移近量不足100mm，未出现新的破坏现象，效果十分明显。
　　2.3锚喷支护修复技术-750m前组二采区西岩石集中巷在投用前，受到2608面的开采影响，加之巷道埋深大（达880m），围岩在自重应力作用下呈现软岩特性，支护困难，本身变形量大，使巷道变形破坏十分严重。
　　对其修复前，通过对该段巷道全面调查，虽发现冒顶、片帮、支架严重扭曲、两帮移近量巨大等现象，但顶板冒落或片帮后露出的围岩较完整，具有可锚性。经过论证，确定选用初喷作为临时支护，锚网喷作为永久支护。
　　2.3. 1锚喷支护参数巷道断面：根据巷道冒顶和片帮后的高、宽确定断面，保证去掉松动破坏围岩，提高支护效果，巷道净宽4.0m，净高3. 1800mm全锚螺纹钢锚杆配水泥药卷；锚杆间排距0.7m.网孔规格8080mm.混凝土及配比：设计标号C15，喷厚120mm，425普通硅酸盐水泥，普通河沙，粒径5~ 10mm碎石子；配比：水泥：沙：石子=1：2.3. 2锚喷支护修复施工工艺施工方法：根据围岩条件、失修状况，以及现有生产技术能力，采用初喷作临时支护，超前把冒顶片帮区域内的围岩封闭，锚网喷作永久支护，机械扒装，后部电瓶车运输，需开帮放顶部分采用光面爆破。
　　施工顺序：首先自东向西修复破坏较严重的西段600m，再自二石门开始自东向西修复东段工艺流程：打锚杆眼y安装锚杆y挂网y敲帮问顶+打炮眼+初喷y出矸y喷网y交接班。
　　处理冒顶区时，在以上工艺流程的基础上增加冒顶区的处理。巷修到冒顶区后，利用喷浆可远距离操作的优点，在已支护段对冒顶区进行喷浆封闭围岩。冒顶范围较大时，增设木点柱维护后，进行全面喷浆封闭围岩，有效防止在巷修过程中冒顶范围高度进一步扩大。
　　2.3.3锚喷支护修复巷道经济效益华丰煤矿采用锚喷支护技术累计修复巷道7910m，比支架修复每米节约资金760. 11元，创直接经济效益601.2万元，具有很好的推广应用前景。
　　3锚索支护修复技术在修复深部破碎围岩巷道过程中，对于大断面硐室和跨度较大的交叉点来说，其围岩破碎范围相对增大，由于受锚杆长度的限制，单独依靠锚喷支护不能有效控制围岩。因此，在硐室和巷道的交叉点等地段采用锚索支护加固围岩，取得了较好的支护效果。
　　3.1锚索支护设计原则煤巷锚索的主要作用是将下部不稳定岩层悬吊在上部稳定岩层中，因此可按悬吊理论进行支护设计。但由于岩层自身具有承载能力，尤其是采用锚杆支护的顶板，围岩强度得到了提高，设计时可按最危险的极限状态计算，即下部岩层或煤体的重量通过锚索悬吊，同时根据岩层的强度、裂隙、锚杆支护参数等考虑岩层的自身承载能力，折减计算值。设计参数主要有：锚索支护材料、锚索的间排距、锚固长度、钻孔深度等。
　　3.2锚索支护试验在-750m前组二采区西岩巷修复工程中，对三岔口等断面较大的地方，在锚网喷支护的基础上用锚索进行加固。锚索支护参数如下：246000mm高强低松驰钢绞线，制成6.0m长的锚索；锚盘：长400mm的16槽钢，钻518mm孔；锚索施工分为地面准备、钻孔、锚固、张拉4个主要工序。锚索锚固深达6.0m，可锚固到稳定、坚固的深部岩层中。同时，钢绞线破断力达矿山压力与顶板管理2005.Ne1 69 260kN，初始预紧力为200kN，高于锚杆锚固力，在围岩表面，使用长度400~ 500mm槽钢作为锚盘，配合锚网喷支护，使围岩的承载能力有明显提高，从而改善了支护效果。利用锚索支护的三岔口、硐室等均未再出现破坏现象。
　　4锚梁支护修复技术巷道破坏与支护体的薄弱环节有关，锚杆之间是靠金属网和混凝土喷层来约束围岩的，当进入到深部以后，在高地压或采动影响的作用下，锚杆之间的支护强度不能满足要求，开始出现变形和破坏，在喷体折断后，壁后围岩开裂破碎，且随着时间的增加，破碎区不断加深，直至破坏锚杆支护体系，导致巷道出现局部冒顶或片帮现象。因此，增加巷道围岩表面的约束力是防止该种破坏发生的重要途径。通过调查分析研究认为，在围岩破碎、冒顶范围大、压力集中地段采用锚梁支护方式，可加固巷道围岩、控制巷道围岩内部破坏范围的进一步扩大，并在-750m前组二采区西集中巷、-550m西集中巷进行了实践应用，取得了很好效果。
　　-750m前组二采区岩石集中巷位于四水平二采西翼，巷道标高-750m，埋深880m，所过围岩主要是细砂岩、粉砂岩、粉细砂岩互层、灰岩，/ =3~8，地质构造简单。该巷主要用于-750m前组二、三采区运输、通风、行人及运送物料等，巷道全长1300m，巷道净宽3. 5m，净断面750m前组二采西岩巷西部到- 750m大巷西二石门共600m范围，是破坏最严重段，主要特征为：①巷道顶板多处冒落，锚杆拉断，顶底板移近量在回采期间也是超前工作面40m开始有变化，超前20m有较明显变化。
　　掘进期间巷道断面收缩率经计算仅为5%，回采期间工作面超前20m范围内最严重时断面收缩率也不到30%，较好地完成了支护任务。
　　4.2支护经济效益的对比（1）采用传统的金属拱型支架支护棚距为0.5m，6m2拱型支架单价为908元/架，每米支护费用为1816元。采用锚杆支护每米支护费用为524元，因此采用锚杆支护使每米巷道节省支护材料费用1292元。（2）采用传统的金属拱型支架支护在掘进及回采期间需要套修3~ 4遍，仍需要投冒顶范围最大处长达60m，冒高1.4等；°巷道两帮挤压破坏，特别是下帮直墙破坏严重；③巷道底鼓，最高达1.2m以上。
　　4.1锚梁支护参数5m，半径2.0m，梁的圆心角为12tb以上。
　　（2）锚杆：A20x1800mm等强螺纹钢锚杆4或6根。
　　用U型支架搭接卡板，螺丝孔直径改为022mm. 4.2施工方法（1）根据锚梁规格检查巷道成形，是否具有明显欠挖，并进行处理，以确保梁与巷道喷体紧密接触；（2）根据锚梁位置确定顶部两根锚杆位置，并安设顶部两根锚杆；（3）利用顶部两根锚杆和卡板将U型钢梁锚固在顶板上；（4）根据U25钢梁实际情况，打设安装两边锚杆；（5）紧固锚杆、喷射混凝土，确保U25钢梁与巷道表面充分接触，增加巷道表面约束能力。
　　4.3锚梁支护效果华丰矿对-750m前组二采西集中巷、-550m西集中巷等进行了锚梁支护，其中，-750m大巷在分别受到2408（1）面、3405（1）面、1607、1608面开采影响后，巷道变形很小，巷道未出现破坏。而同样受采动影响未采用锚梁支护段，如-550m西岩巷中间石门东段等巷道遭到严重破坏。因此，锚梁支护技术在破碎围岩的巷道修复过程中发挥了巨大作用。
　　入新支架，折合投入费用1500元。采用锚杆支护后在掘进及回采期间巷道基本不用维修，因此采用锚杆支护使每米巷道节省维护材料费用1500元。
　　（3）此外由于采用改进后的锚杆支护不再架设金属拱型支架，减轻了工人的劳动强度，深受职工的好评和欢迎，具有良好的社会效益。
　　由上述支护效果和技术经济效益的对比可以看出，在矿井深部开采中高应力条件下，大倾角、大采深煤巷支护采用树脂锚杆支护比采用传统的金属拱型支架支护更有效、合理和更经济。