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文章编号:ISSN1006—656X(2014)01-0057-01
八矿位于鹤壁矿区南部,井田南北走向5.25km,东西倾向1.7-1.9km,面积约7.9km2。井田为一隐伏井田,属单斜构造。二1煤为矿井唯一可采煤层,为二迭系山西组,平均厚度6.75m,平均倾角25o。井田内地质构造复杂,断裂构造发育,尤其小断层较多,煤层稳定性中等,局部存在明显的变薄现象,并呈条带状分布;随着开采深度不断向下延伸,矿山压力越来越大,新掘巷道在短期内将受压变形影响矿井正常生产,需要修复,个别巷道二次、三次进行重复返修;八矿对现有巷道支护形式多采用U型钢棚进行支护,特别是大断面硐室支护方式,这种单一的支护形式,已不能满足目前开采条件下的支护需求,找出合理的对目前现有在用硐室支护的加固形式,满足硐室现有条件下的安全使用需求,是目前急需要解决的问题。
一、工程概况
鹤煤八矿3003水泵房布置于井田中央-520辅助水平三零采区,巷道在页岩、砂岩中掘进,全长30m,颜色呈灰色及褐色,以石英石为主,含暗褐色矿物,裂隙充填大量鲜石脉,少许有深灰色泥岩条带,分选性差,钙泥质胶结。顶板标高-530.1m,设计服务年限30年,担负我矿三零及三二采区排水任务。硐室设计宽5200mm,高4400mm,断面形状为半圆拱,原设计为锚网喷+U形棚支护。水泵房在建好后在短短几年内出现了局部顶板裂缝、掉浆皮、底鼓等现象。如在继续损坏就要影响到水泵房的正常使用,直接威胁到矿井安全。
二、硐室联合支护加固技术方案的确定
为迅速控制硐室的變形,防止继续破坏影响硐室的正常使用,首先确定采用主动支护技术即使用锚索进行加固,但该方案实施后确无法进行施工。原因在岩巷掘进期间由于该硐室巷道顶部岩石破碎,在泵房施工期间泵房就出现轻微变形,采取了套架U29型棚加强巷道泵房巷道支护强度,打锚索眼夹钻、塌孔、无法装药进行锚固,并且泵房硐石较多,单一的支护方式以不能解决问题。为此,经认真分析研究,采取以下方案进行施工:
⑴架U36型棚后喷浆进行初次支护
⑵注水泥沙浆加固支护
⑶锚索进行永久支护
三、施工技术要求及应注意事项
(一)施工技术要求
1、架U36型棚后喷浆进行初次支护技术要求
首先对该泵房硐石采用扩帮挑顶后架U36型棚支护,规格为5.2m×4.4m,棚距0.5m,背板间距0.3m,全断面铺设金属菱形网,并用背板背严,维修到泵房硐石位置时,设计为硐室两侧架U形棚对棚后穿11号矿工钢支护,矿工钢间距0.4m;维修完后对该硐室进行全断面进行喷浆,喷射混凝土强度等级为C20,喷厚100mm,水泥大沙配合比1∶3。
2、注浆加固支护技术要求
对该硐室进行全断面进行喷浆支护后,采用风钻打眼,孔径φ45 mm,孔深2m。注浆管采用无缝钢管,表面钻孔,注水泥沙浆支护参数为:注浆钢管长度为2000~2500 mm,间排距1200mm×1400mm;单液水泥浆液的水灰比控制在0.5~0.8,掺入水泥重量0.5~1%的外加剂,浆液结石率不低于96%,强度不低于20 MPa。
注浆施工工艺主要包括以下几点:
(1) 钻孔:采用风钻钻孔。
(2) 安装注浆管:将注浆钢管插入孔内。
(3) 注浆:将注浆管路与钢管连接好,进行注浆作业,可多孔同时注浆。
(4) 封孔止浆:在注浆孔口管出口端用多层胶管并安设阀门与注浆管路连接,待该孔注浆结束时,及时将阀门关闭。停24小时后再拆除连接用的多层胶管及阀门。
(5)注浆压力控制在2.0 ~3.0MPa以内,保证喷层不发生开裂;注浆扩散半径控制在2.0 m左右,每米巷道注浆量控制为2.0 t水泥。
注浆作业所需材料与设备
注浆施工中所需材料主要有注浆钢管、水泥等。注浆钢管按规定尺寸加工,水泥采用42.5#普通硅酸盐水泥。
注浆施工中所需设备为矿用风动双液注浆泵,注浆管路采用φ25 mm高压胶管及多层胶管,连接配件按设计加工,应保证管路连接安全可靠、无滴漏现象。
注浆管路连接如图所示:
3、锚索进行永久支护技术要求
注好浆间隔24小时后,要及时打锚索进行永久支护,锚索规格为:φ20mm×8000 mm,间排距1500mm×1500mm。每根锚索使用4卷ZS350型树脂药卷,预紧力130KN/30Mpa,锚固长度1500mm,锚索木垫板规格为350mm×250mm×50mm。锚索铁托板规格为300mm×200mm×20mm,,钢绞线外露长度200mm,
(二)施工注意事项
1、架棚时应注意事项:
(1)将施工地段的电缆、水泵、开关等电气设备保护好,严防崩坏、砸坏。
(2)施工中,始终要安排一名有经验的职工观顶,防止顶板跨落。
(3)架好一棚后,必须用木料把顶绞实绞严,杜绝空顶。
2、注浆施工艺流程应注意事项:
(1)拌浆与注浆:即将水泥与水按规定水灰比拌制水泥浆,安排专人拌浆,保证在注浆过程中不发生吸浆笼头堵塞等现象,并根据需要调整浆液参数。注浆过程中发现硐室帮顶渗出浆液后要立即停止注浆,待停3~5分钟后再进行注浆。
(2)注浆过程中严禁人员靠近实施注浆的钻孔5m以内区域。
(3)注浆泵的控制:根据注浆变化情况,即时开、停注浆泵,并时刻注意观察注浆泵的注浆压力,以免发生堵塞崩管现象。
(4)孔口管路连接:应注意前方注浆情况,及时发现漏浆、堵管等事故。掌握好注浆量及注浆压力并及时拆除和清洗注浆阀门。
打锚索安装应注意以下方面问题:
3、锚索加固注意事项:
(1)打锚索眼位置要选择不空顶或注浆充分的部位。
2)打好锚索眼后要注意观测锚索眼是否塌孔,以免造成锚索药卷装不进或装进后送不到底等现象,影响锚索安装。
四、支护效果
该方案的实施后,工程于2012年4月份结束,后设点观察,在6个月的时间内,该硐室顶底相对位移仅有10~20MM,硐室两帮及顶部未出现变化,硐室完整,断面尺寸完全满足使用要求。
五、结语
联合支护加固技术经过在鹤煤八矿3003水泵房现场实际应用,改变了原有的锚喷、架U形棚等单一的巷道维修支护模式,最大限度地发挥了支护效能,提高了硐室的支护强度,解决了在围岩破碎空顶条件下因塌孔、孔空无法安装锚索的问题,所确定联合支护加固技术方案经实践证明是可行的。
八矿位于鹤壁矿区南部,井田南北走向5.25km,东西倾向1.7-1.9km,面积约7.9km2。井田为一隐伏井田,属单斜构造。二1煤为矿井唯一可采煤层,为二迭系山西组,平均厚度6.75m,平均倾角25o。井田内地质构造复杂,断裂构造发育,尤其小断层较多,煤层稳定性中等,局部存在明显的变薄现象,并呈条带状分布;随着开采深度不断向下延伸,矿山压力越来越大,新掘巷道在短期内将受压变形影响矿井正常生产,需要修复,个别巷道二次、三次进行重复返修;八矿对现有巷道支护形式多采用U型钢棚进行支护,特别是大断面硐室支护方式,这种单一的支护形式,已不能满足目前开采条件下的支护需求,找出合理的对目前现有在用硐室支护的加固形式,满足硐室现有条件下的安全使用需求,是目前急需要解决的问题。
一、工程概况
鹤煤八矿3003水泵房布置于井田中央-520辅助水平三零采区,巷道在页岩、砂岩中掘进,全长30m,颜色呈灰色及褐色,以石英石为主,含暗褐色矿物,裂隙充填大量鲜石脉,少许有深灰色泥岩条带,分选性差,钙泥质胶结。顶板标高-530.1m,设计服务年限30年,担负我矿三零及三二采区排水任务。硐室设计宽5200mm,高4400mm,断面形状为半圆拱,原设计为锚网喷+U形棚支护。水泵房在建好后在短短几年内出现了局部顶板裂缝、掉浆皮、底鼓等现象。如在继续损坏就要影响到水泵房的正常使用,直接威胁到矿井安全。
二、硐室联合支护加固技术方案的确定
为迅速控制硐室的變形,防止继续破坏影响硐室的正常使用,首先确定采用主动支护技术即使用锚索进行加固,但该方案实施后确无法进行施工。原因在岩巷掘进期间由于该硐室巷道顶部岩石破碎,在泵房施工期间泵房就出现轻微变形,采取了套架U29型棚加强巷道泵房巷道支护强度,打锚索眼夹钻、塌孔、无法装药进行锚固,并且泵房硐石较多,单一的支护方式以不能解决问题。为此,经认真分析研究,采取以下方案进行施工:
⑴架U36型棚后喷浆进行初次支护
⑵注水泥沙浆加固支护
⑶锚索进行永久支护
三、施工技术要求及应注意事项
(一)施工技术要求
1、架U36型棚后喷浆进行初次支护技术要求
首先对该泵房硐石采用扩帮挑顶后架U36型棚支护,规格为5.2m×4.4m,棚距0.5m,背板间距0.3m,全断面铺设金属菱形网,并用背板背严,维修到泵房硐石位置时,设计为硐室两侧架U形棚对棚后穿11号矿工钢支护,矿工钢间距0.4m;维修完后对该硐室进行全断面进行喷浆,喷射混凝土强度等级为C20,喷厚100mm,水泥大沙配合比1∶3。
2、注浆加固支护技术要求
对该硐室进行全断面进行喷浆支护后,采用风钻打眼,孔径φ45 mm,孔深2m。注浆管采用无缝钢管,表面钻孔,注水泥沙浆支护参数为:注浆钢管长度为2000~2500 mm,间排距1200mm×1400mm;单液水泥浆液的水灰比控制在0.5~0.8,掺入水泥重量0.5~1%的外加剂,浆液结石率不低于96%,强度不低于20 MPa。
注浆施工工艺主要包括以下几点:
(1) 钻孔:采用风钻钻孔。
(2) 安装注浆管:将注浆钢管插入孔内。
(3) 注浆:将注浆管路与钢管连接好,进行注浆作业,可多孔同时注浆。
(4) 封孔止浆:在注浆孔口管出口端用多层胶管并安设阀门与注浆管路连接,待该孔注浆结束时,及时将阀门关闭。停24小时后再拆除连接用的多层胶管及阀门。
(5)注浆压力控制在2.0 ~3.0MPa以内,保证喷层不发生开裂;注浆扩散半径控制在2.0 m左右,每米巷道注浆量控制为2.0 t水泥。
注浆作业所需材料与设备
注浆施工中所需材料主要有注浆钢管、水泥等。注浆钢管按规定尺寸加工,水泥采用42.5#普通硅酸盐水泥。
注浆施工中所需设备为矿用风动双液注浆泵,注浆管路采用φ25 mm高压胶管及多层胶管,连接配件按设计加工,应保证管路连接安全可靠、无滴漏现象。
注浆管路连接如图所示:
3、锚索进行永久支护技术要求
注好浆间隔24小时后,要及时打锚索进行永久支护,锚索规格为:φ20mm×8000 mm,间排距1500mm×1500mm。每根锚索使用4卷ZS350型树脂药卷,预紧力130KN/30Mpa,锚固长度1500mm,锚索木垫板规格为350mm×250mm×50mm。锚索铁托板规格为300mm×200mm×20mm,,钢绞线外露长度200mm,
(二)施工注意事项
1、架棚时应注意事项:
(1)将施工地段的电缆、水泵、开关等电气设备保护好,严防崩坏、砸坏。
(2)施工中,始终要安排一名有经验的职工观顶,防止顶板跨落。
(3)架好一棚后,必须用木料把顶绞实绞严,杜绝空顶。
2、注浆施工艺流程应注意事项:
(1)拌浆与注浆:即将水泥与水按规定水灰比拌制水泥浆,安排专人拌浆,保证在注浆过程中不发生吸浆笼头堵塞等现象,并根据需要调整浆液参数。注浆过程中发现硐室帮顶渗出浆液后要立即停止注浆,待停3~5分钟后再进行注浆。
(2)注浆过程中严禁人员靠近实施注浆的钻孔5m以内区域。
(3)注浆泵的控制:根据注浆变化情况,即时开、停注浆泵,并时刻注意观察注浆泵的注浆压力,以免发生堵塞崩管现象。
(4)孔口管路连接:应注意前方注浆情况,及时发现漏浆、堵管等事故。掌握好注浆量及注浆压力并及时拆除和清洗注浆阀门。
打锚索安装应注意以下方面问题:
3、锚索加固注意事项:
(1)打锚索眼位置要选择不空顶或注浆充分的部位。
2)打好锚索眼后要注意观测锚索眼是否塌孔,以免造成锚索药卷装不进或装进后送不到底等现象,影响锚索安装。
四、支护效果
该方案的实施后,工程于2012年4月份结束,后设点观察,在6个月的时间内,该硐室顶底相对位移仅有10~20MM,硐室两帮及顶部未出现变化,硐室完整,断面尺寸完全满足使用要求。
五、结语
联合支护加固技术经过在鹤煤八矿3003水泵房现场实际应用,改变了原有的锚喷、架U形棚等单一的巷道维修支护模式,最大限度地发挥了支护效能,提高了硐室的支护强度,解决了在围岩破碎空顶条件下因塌孔、孔空无法安装锚索的问题,所确定联合支护加固技术方案经实践证明是可行的。