高應(yīng)力軟巖大斷面巷道剛性支架+注漿加固支護技術(shù)

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1、高應(yīng)力軟巖大斷面巷道“剛性支架+注漿加固”支護技術(shù)河南神火煤業(yè)公司梁北煤礦巷道圍巖控制是礦井開采首先要解決的問題之一，近年來，隨著礦井開采深度的增加，其中巷道圍巖位于軟巖巖層中的巷道逐年增加，巷道埋深逐年遞增。而軟巖開挖后，由于其圍巖變形速率快、圍巖變形量大，且變形持續(xù)時間長、巷道底鼓嚴重、圍巖整體穩(wěn)定性差、很難維護且支護成本高等因素，給煤礦的生產(chǎn)、安全造成很大影響。根據(jù)21采區(qū)西回風(fēng)下山支護過程中的實際情況，分析了原有支護形式中存在的問題以及巷道的變形機理后，采用錨網(wǎng)索噴、U型棚支護+滯后注漿加固聯(lián)合支護方式，有效地控制

2、了巷道圍巖的變形破壞，取得了良好的支護效果。一、工程概況：21采區(qū)西回風(fēng)下山最深埋深為-806m，布置在二1煤下部，掘進過程中迎頭巖性為炭質(zhì)泥巖、一17煤層、砂質(zhì)泥巖、L8灰?guī)r。21采區(qū)西回風(fēng)下山會有地質(zhì)構(gòu)造存在，根據(jù)以往超前探鉆資料及21采區(qū)西回風(fēng)下山、21采區(qū)皮帶下山，21采區(qū)西回風(fēng)下山剩余巷道施工至結(jié)束可能有地質(zhì)構(gòu)造存在，褶皺不甚發(fā)育，僅在單斜構(gòu)造上沿走向發(fā)育了些小的起伏或次級褶皺。對巷道掘進會造成影響的含水層為太原組上段灰?guī)r含水層、太原組下段灰?guī)r含水層、寒武系灰?guī)r含水層。寒武系灰?guī)r含水層上距設(shè)計巷道底板最小距離為3

3、8.3m。該含水層巖溶裂隙較發(fā)育，富水程度強，屬于典型的深部高應(yīng)力軟巖巷道。二、破壞機理：巷道最大埋深為-800m，巖性差，巷道頂板為泥巖，底板為泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖，具有強度低和松散破碎的特點，巷道埋深大、地壓強，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。在這樣的條件下，錨桿的可錨性差，托盤上的巖石被壓碎，錨桿實際阻力偏低，導(dǎo)致圍巖體處于流變狀態(tài)沒有得到有效控制。巷道掘進過程中圍巖應(yīng)力重新分布，軟巖或極軟巖巷道每次修復(fù)后支護受力和變形有所減小，支護讓壓不夠，剛強不足，多次落底、挑頂翻修造成松動圈逐漸擴大，隨著時間推移變形壓力又迅速增大，出現(xiàn)屢修屢

4、壞的現(xiàn)象。①巷道變形量大，尤其在過斷層后，頂板軟巖黑矸區(qū)域，頂?shù)装逑鄬ξ灰屏枯^大達到350mm,為保證通風(fēng)斷面需進行挑頂維修。②巷道圍巖變形持續(xù)時間較長，該巷道巖體具有明顯的流變性，巷道在每月觀察中均存在錨索壓折或錨桿盤壓掉的現(xiàn)象，巷道圍巖的穩(wěn)定性并沒有得到有效的控制③巷道初期變形量較大，巷道建成初期，一周之內(nèi)巷道收縮量達到400mm，不能起到應(yīng)有的支護效果。圖1.巷道變形觀測圖三、巷道支護方案依據(jù)原有巷道的支護分析，確定采用“錨網(wǎng)索噴+U型棚支架+滯后注漿”聯(lián)合支護方式來控制巷道圍巖的穩(wěn)定性，該支護方案的優(yōu)化在于滯后注漿

5、，滯后注漿支護是在錨網(wǎng)噴支護和全封閉鋼支架支護的基礎(chǔ)上通過注漿錨桿注入漿液，巷道圍巖能夠保持較大的殘余注漿壓力，大幅改善圍巖的應(yīng)力狀態(tài)，同時較高的注漿殘余壓力的漿液充滿到圍巖裂隙、錨桿與錨網(wǎng)的間隙及深部的裂隙區(qū)形成了高密度錨桿、固結(jié)漿液和淺部巖體的骨架結(jié)構(gòu)，擴大了承壓范圍。1．根據(jù)礦壓資料的分析、巷道層位關(guān)系和工程類比法確定:巷道采用錨網(wǎng)噴+錨索梁+U36鋼棚+錨索梁+注漿的聯(lián)合支護方式。錨網(wǎng)噴+錨索梁為一次支護，U36鋼棚+錨索梁+注漿為二次加固支護。21采區(qū)西回風(fēng)下山支護斷面為U36鋼棚支護斷面。一次支護凈斷面為：凈寬

6、×凈高=5700mm×4350mm，二次支護凈斷面為：凈寬×凈高=5000mm×4040mm；巷道掘進斷面S掘=21.9m2，巷道支護S凈=17.5m2。2.永久支護參數(shù)的確定：根據(jù)工程需要一次支護斷面為凈寬5700mm×凈高4350mm半圓拱形斷面，二次加固采用規(guī)格為5000mm×4040mm的U36鋼棚支護。根據(jù)工程需要一次支護斷面為凈寬5700mm×凈高4350mm半圓拱形斷面，二次加固采用規(guī)格為5000mm×4040mmU36鋼棚支護。錨桿支護利用工程類比法及現(xiàn)場經(jīng)驗選擇端錨固法加固頂板，按加固拱原理計算：錨桿長度

7、：Ｌ=Ｎ（1.1+W/10）=1.2×(1.1+5.8/10)=2.02m，取3m。式中：N—圍巖穩(wěn)定性影響系數(shù)，取1.2m；W—巷道跨度；錨桿直徑：Ｄ=L/110=0.019m=19mm，取20mm。錨桿間距：d<0.5L=0.5×2.04=1.02m，間距取0.7m。錨桿排距：d<0.5L=0.5×2.04=1.02m，排距取0.7m。根據(jù)以上計算：一次支護采用Φ20mm×3m右旋等強錨桿，間排距700×700mm，K2360和Z2360錨固劑各一卷進行錨固，Φ6鋼筋網(wǎng)，Φ12mm鋼筋梯子梁。頂部施工5排錨索托梁（由巷

8、中向兩側(cè)均勻布置），間排距1.4m×1.4m，錨索Φ21.6mm×12m，每根錨索采用一卷K2360和三卷Z2360進行錨固，托梁采用12#工字鋼加固，梁長2.3m，噴C15砼，厚度50mm。二次支護采用U36鋼棚，棚腿扎角1.5°，棚距700mm（搭接600mm、使用3道卡纜）均勻布置5道筋笆力，背棚