底鼓治理技术在一矿的应用与实践

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  [摘 要]本论文结合一矿辅助回风巷矿压剧烈和围岩较软造成的底鼓问题,通过注浆、全锚索支护的联合支护技术,很好的控制了围岩变形,保证了巷道的断面和通风安全,给软岩巷道的底鼓难题提出了有效的解决途径,很有借鉴意义。
  [关键词]底鼓 治理 注浆 全锚索
  中图分类号:{X829} 文献标识码:B 文章编号:1009-914X(2014)33-0344-02
  引言
  一矿西大巷辅助回风巷为新掘进的一条全岩巷道,因其底板自身结构松散,强度低,再加上附近采空侧矿压显现明显,特别是底板的地压作用,造成巷道局部底鼓,且不断变化扩大,影响其正常使用。为了解决底鼓造成的巷道破坏,决定采用锚注加固技术对巷道底板进行治理。
  1 工程概况
  1.1 巷道布置
  西大巷辅助回风巷为全岩掘进的开拓大巷,巷道总长488米,底鼓段有150m,井下位于西翼回风巷以北,西8708工作面(已回采)以南,西8706工作面(已回采)以西,西翼东副巷以东。回风巷作为一矿西大巷的总回风巷,将服务于以里所有采掘工作面。
  1.2 地质资料
  西大巷辅助回风巷为穿层巷道,该施工区域揭露的煤岩层有:K2石灰岩上方的黑色泥岩,厚9.23m;灰白色细-中砂岩厚,10.20m;黑色砂质泥岩,厚0.97m;13#煤,厚0.81m;13#煤层直接顶黑色泥岩,厚0.60m;13#煤层老顶K3石灰岩,厚6.06m;灰黑色砂质泥岩,厚4.98m。
  1.3 巷道支护
  巷道断面形状为半圆拱形,毛宽3.3m,净宽3.0m,毛高3.1m,净高3.0m。支护形式:采用锚杆+钢筋网(顶)/金属网(帮)+喷浆联合支护,锚杆间排距均为0.8m,顶锚杆垂直于拱形轮廓面辐条状布置,帮锚杆垂直于直墙布置。
  2 底鼓及治理机理
  结合地质资料、工程资料分析,该巷属软岩巷道的范畴。大巷掘进后,破坏了原岩的应力平衡状态,周围岩体由三向受力变为二向受力,在应力的作用下,围岩向巷道空间收敛变形,由于顶帮采用较高强度的锚网喷支护,而底板为无任何支护状态的自由面,加上底板岩层软弱和不可避免的积水泥化作用,整体性和强度更低,上覆岩层应力通过两帮作用在底板上,极易造成底板鼓起。
  通过对巷道底鼓的主要原因分析研究,底板必须与顶帮形成一样的支护强度,才能使巷道断面受力均匀,但由于其空间位置所限,一般措施不可能达到顶帮一样的支护密度和强度,为此我们采用一定间距布置的高强度组合锚索紧固住类似顶帮喷层的铺在底板上的梁网砼体,并在梁网砼体下注浆加固,封闭并恢复底板下部岩石的强度,将这一方法称之为组合锚注加固技术,与顶帮支护形成有机的整体,使巷道整个断面受力均匀,保持巷道的稳定。
  3 施工工序及参数
  (1)板较松软破碎,直接打孔成孔困难,先对底板进行浅部4m预注浆并注浆,为打组合锚索孔和深孔注浆承压创造条件;组合锚索孔(深8.5m),编制并安装组合锚索,下注浆管封孔;锚索孔对底板深部进行高压注浆;道底板卧至设计标高以下300~400mm,并依次铺钢筋网、下底梁、再铺钢筋网、上大、小托盘、张拉锚索,浇砼至设计标高;
  (2)巷道方向采用三花眼布置,每排3组,排距3m,如图所示。组锚孔孔径Φ90,孔深8.5m。长底梁3m,短底梁1.5m,均横向安置。共布置50排,150组锚索,长底梁50道,短底梁50道(图1)。
  (3)浅部预注浆孔布置:在一次不能钻成组锚孔时实施浅孔预注浆,大约为组锚孔的1/3即50个。孔径Φ90,孔深4m,。
  (4)砼下注浆孔布置:为充填浇筑砼与底板之间的缝隙及加固底板表面破碎岩体,在浇筑完后,沿巷道中心间隔4m布置1排注浆孔,孔径Φ90,孔深4m,约38个注浆孔。
  4 锚注施工
  (一)浅部注浆孔
  1.钻孔:采用井下架柱式潜孔钻机按设计打眼并下注浆管封孔。
  2.双液注浆
  (1)前期准备
  将现场清理干净,将注浆泵、搅拌机、注浆材料等并按场地空间合理安置和堆放。
  (2)注浆材料选用水泥—水玻璃双液浆材,水泥选用42.5MPa普通硅酸盐水泥,水玻璃选用40Be‘浆液,在不跑浆情况下尽量少用玻璃水。
  施工中注浆材料配比如下:
  ①水泥浆的水灰比控制在(1~1.2):l。
  ②水玻璃浓度一般控制在10~30Be。
  ③水泥浆与水玻璃之比控制在1:(0.03~0.12)。
  (3)注浆主要工序
  注浆系统调试:连接好注浆系统后,进行压水试验。检验系统的畅通和密封性。大体了解在一定压力下的流量。
  制输浆:采用风动机械制浆。
  压注:采用双液注浆系统。根据压注设备的初始排量,压注过程中要时刻注意观察注浆孔周围情况,在注浆压力升至设计压力并维持一定时间即可结束注浆。
  系统清洗:每次注浆完毕后应立即将两路吸浆管放入清水桶内改吸清水,对泵腔和管路进行清洗,清洗时间一般不少于5min。
  (4)注浆工艺流程
  现场施工准备——机具注浆设备检查及运转——系统连接调试(安装封孔口)——注浆系统与孔口管连接——注浆——换孔注浆——清洗注浆系统
  (二)组合锚索施工
  组合锚索规格形式:选用3根直径为Φ17.8×8500mm的钢绞线作为一束大锚索,头部3m段编制成串珠状,以利固结增强锚索拉力,间隔1m固定支架和卡箍,使锚索均匀支撑。每组锚索配用400×400×16mm和200×200×12mm钢托盘各一块,三孔索具1个。
  (1)组合锚索孔
  采用架柱式潜孔钻机按设计参数打眼,由于岩粉淤积,实际钻孔深度要比设计深度大些。
  (2)锚索安装及封孔
  将按规格要求编制好的组合锚索推送入孔,直至孔底。下注浆管,用适量棉丝缠绕在锚索上,用钻杆将其推至距孔口2.5m深处,向孔内塞入水泥水玻璃塑胶泥并捣实进行封孔。
  (3)锚索孔深部注浆
  通过预埋的深部注浆管对锚索孔深部进行注浆,注浆表压力5MPa。注浆施工同上。7天后卧底、铺设底网、工字钢底梁,安装托盘,索具进行张拉,要求单根拉力120kN。金属网采用Ф6.5圆钢焊制,网片规格:1000×1000mm(长×宽),工字钢底梁采用11号矿用工字钢焊接。
  (4)底板浇混凝土
  现场浇注混凝土,混凝土标号为C30,要求用振动棒捣实,厚度300-400mm。锚索孔施工:倾角、间排距、孔深等参数符合设计要求,一般角度误差不超过3°,间排距误差不超过100mm。
  5 治理效果
  巷道自2013年底完工,矿压测站一共布置两组,从外向里50m布置一组,100m布置一组。由经验丰富的技术人员进行观测和记录。
  采用钢卷尺,两帮距底板1.0~1.5 m定两点确定水平线,底板测点位于巷道中心线上,各点布设在同一平面内。测量水平线距底板距离确定底板变形量。
  通过半年的观测和记录分析,底板变形量均小于100mm。
  6 结束语
  通过辅助回风巷采用注浆+底板组合锚索+底梁+钢筋网+浇砼联合支护形式对底板底鼓进行治理,通过矿压观测,整体支护强度较高,很好的控制住了巷道围岩的继续变形,治理效果良好。确保了巷道的使用要求和通风安全,适合在相关巷道进一步推广应用。
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