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錢家營礦深部井巷維修控制

發布日期:2019-09-26  瀏覽次數:157
  前言:隨著科學技術的進步,礦井巷工程的理論和實踐有了新的發展.松動圈的理論是井巷支護的基本觀點,并被廣大工程技術人員認同和采納,實踐證明對巷道施工的項板控制效果顯著。但在工程實踐中,也存在認識上的不足、現場應變能力差等問題造成巷道支護失效反復維護的現象,本文通過對松動圈理論的多年的井工現場實踐并提出根據地層賦存狀況、巖層抗壓和抗剪強度、巷道寬高比、地質構造評級等確定松動的范圍最后確定支護原則和控制方法。

  一、井巷工程支護的目的

  井巷工程開挖后,原來地層賦存的應力平衡狀態被打破,通過對開挖過程中形成的松動圈層進行有效支撐和維護以實現應力重新分布達到新的平衡,而且新的平衡狀態在井巷工程的服務年限內保持基本穩定。往往在工程實踐中支護設計大都是滿足初期松動的支撐應力,對服務年限遠期或后期松動和采動波及應力改變考慮不足。

  二、井巷工程支護的基本觀點

  松動圈理論是目前分析巷道開挖后,圍巖應力變化的先進的工程理論。工程實跋中,我們往往只注重了頂部的應力尤其重力狀況分析并進行了錨噴、錨網噴、錨注噴、錨注網噴、錨網索噴和先錨后架等組合式比較先進的支承和維護方法,擯棄了木棚、鋼支架、料石砌碹以及架噴等被動支護的落后方法,對松動圈層內的圍巖通過錨的方式參與積極支護并使其成為支護體的組成部分,頂板的支護得到強化。所謂井巷工程松動圈是指地表以下的井筒、巷道和峒室等開挖后引起的原有應力平衡失穩,造成工程空間外巖層受自身重力、粘結力、抗壓強度及地質與水文地質構造而松動甚至破壞的周圍巖體,需要進行支撐和穿結實現工程目的的范圍。松動圈包括頂板、兩幫及底板等三部分,是一個閉合的圈層。由于井下巷道大鉚分都采用了半圓拱形斷面,而頂板范圍只是松動圈層的一小段弧長,兩幫直墻與半圓拱頂相切連接,曲線連續但不可導,切點及直墻是應力集中區,底板是松動圈內應力集中釋放區,兩地腳是應力傳遞過渡區,兩墻與底板是松動圈內受力最為集中的部位,卻淡出了加強支護的范疇,導致工程服務年限內中途底鼓、片幫,而引起頂板冒落支護失效不得已再次甚至多次套修支護,造成安全隱患和人工、材料的大量浪費。

  三、井巷工程支護的方法和手段

  (一)一般井巷開挖后,初次壓力是松動圈內的圍巖受自重、爆破作業、抗剪強度、構造程度及設計斷面形狀等因素影響和作用下,受力產生不同程度的蠕動、折斷、翻轉等失去自撐能力后的輪廓下沉、開裂、掉塊的外部顯現。臨時支護的方法是利用錨桿的懸吊、擠壓加固和組合粱作用把松動的圍巖控制住,錨桿的著力基礎(樹脂錨固段)必須是穩定巖層,采用30~50mm初噴的方式封閉防止風化。第二次壓力受圍巖自撐、爆轟波、地質構造和應力重新分布等影響造成錨桿控制以外、輪廓以內和端頭以內兩個(0.4~0.6m)厚層的圍巖、松動范圍加大等的外部顯現,時問需要60~90d(2~3月),二次壓力顯現后再進行掛網補噴的永久支護作業,根據單孔月進度確定二次支護的滯后區間。

  (二)基于上述支護觀點改變錨桿的傳統理論和實踐。包括拱基以上放射狀布置忽視底板和兩幫的錨固、錨桿的長度固定不變忽視了巖性變化與層位賦存和節理裂隙存在的特殊性、只要是錨桿支護就是積極支護等傳統的支護設計理念,改善支護結構和效果。松動圈包括頂板、兩幫及底板等三部分,是一個閉合的圈層,該圈層的所有部位都受開挖影響產生松動.都應該確定錨桿的布置間距進行支護,并控制錨桿與巖層的角度大于30°且小于120°,錨桿的懸吊和組合梁作用都與巖層夾角的正弦成正比當該夾角等于零時,錨桿起作用的就只有擠壓加固一項錨固作用,同時研發打底眼安裝錨桿的高性能大功率打眼機具進行地腳和底板錨桿支護;錨桿還應根據巖石抗壓強度分部位使用不同長度甚至直徑的錨桿,而節理裂隙間距小于200mm的區域適當選用長度大、直徑粗的高強錨桿或錨索:積極支護的錨桿不僅在緊固時采用高強緊周工具對其施加一定數值的預應力,錨桿的桿體、螺紋螺母過盈配合及其托板、藥卷的安裝質量控制,錨桿的材料屬性現狀應為產品錨桿,改變現在的錨桿往往在巷道變形后才起作用使鋪桿成為積極支護的主體。

  (三)根據圍巖的巖性、節理裂隙等構造、煤巖互層石門巷道的礦壓特點;首先,由于巖層的彈性模量低和臨時支護,松動圈內的彈性勢能積聚引起形變,巖層的彈性模量越低圍巖發生的變形越大,錨桿的著力基礎所在的巖層彈性模量是支護價值因數主要決定因素。其次,初次壓力顯現很快,松動圈的彈性變形也與巖石的強度(抗壓、抗剪)密切相關,巖石的強度越大,變形量越小初期變形的時間越短,而巖石自身強度低的泥質沉積巖、煤層頂底板、煤巖互層等變形量大變形時間也越長。此外,初期及后期巷道變形的時間和強度還與井巷所處的開采深度正相關。引入高強錨桿屬網、錨索網梁提高對構造及松散巖、煤層控制巷道變形量及變形的發展,控制開挖后的初期變形才是軟巖支護的重點.巖石硬度f小于4、節理裂隙間距小于200mm、破碎及風化帶的部位與周圍,都應在開挖前采用管縫錨桿間距(200~300mm)與巷道方向夾角15~25°超前控制巖體、控制周邊眼的密度和裝藥量、分次放炮等技術措施控制巖體蠕動、彎曲折斷、翻轉等變形。

  四、采動影響

  錢家營煤礦是開灤集團的骨干礦井,迄今已連續五年生產優質煉焦配煤實現550百萬噸/年,煤炭近距離多層賦存(各個煤層間距6~10米).涌水量大,立井集中大巷開拓方式,又隨著開采水平的加深,采動波及范圍大、頻度高,尤其是平、斜石門巷道,受采動應力的反復影響,圍巖頂板下沉失穩、兩幫收斂變形嚴重以及地鼓現象突出,嚴重影響這巷道的功能使用。致使部分巷道的區段經常修護。通過其他區域的實踐經驗,我們在八采區施工軌道、運輸平石門時,認真分析了巷道穿越12~7煤層之間的煤層以及頂底板的地質賦存狀態、將在以后多個煤炭生產反復受采動影響,采取了除了正規支護外,重點控制并加強兩幫和底板的支護強度,安全和經濟效果明顯。

  五、適度強化支護的動因隨著開采深度的加大、區域開采強度的增加和開采煤層的采動應力的波及疊加,采區內的石門巷道反復出現頂板破壞、兩幫內斂和底板鼓起等巷道變形,嚴重影響巷道的運輸、行人、通風、排水等安全生產職能,必須不斷投入大量的人力、物力和財力進行整修,不僅影響安全,而且制約生產,還造成大量的浪費,提高了煤炭的制造成本。分析礦場圍巖應力變化發展的規律,結合各個工場的實際,施工巷道不僅滿足設計規定的斷面尺寸,而且提高圍巖承載能力,并充分預留斷面積受壓變小的空間。適度強化支護的剛度和柔度。

  六、常規支護方式及不足

  開灤礦區開拓石門巷道(與運輸大巷成一定夾角的巷道)的支護,一般采用架棚支護的形式,這種被動支護的形式在兩側各個煤層的采動影響,加之隨時間的推移鐵質支架銹蝕程度不斷加深、木質背板的腐朽、施工造成的頂幫接觸受力不均以及金屬網梁的強度迅速下降等,另外,多個近距離煤層反復動壓影響以及頂底板穩定性差、貫通的水力聯系形成的涌淋水、粉細砂巖的極易風化膨脹等,都形成頂底板相對移近量加火、兩幫內斂嚴重等,使支護結構破壞導致支護失效。

  七、石門巷道圍巖松動機理及先錨后架支護

  巖石巷道施工積極吸收煤巷錨索支護的技術成果,把石門巷道穿越煤層群及其頂底板的支護引入錨網索技術。按巷道設計斷面正頂和兩幫向外延展200mm作為預留內斂變形量,斷面形狀為半圓拱,錨桿采用直徑20mm,右旋2000mm螺紋鋼高強錨桿,以巷道中線均勻向巷道兩側分布.錨桿間排距800mm菱形,并采用直徑6mm鋼絲電焊金屬平網,網間壓茬100~200mm。由于是半圓型斷面,半圓與兩幫直墻直接相切.切點相冠線不可導,是支護體最為薄弱的部位,巷道來壓時頂板的不均布載荷和底板向上的均布載荷交互作用下,直墻與半圓的相冠線上下向內收斂變形。整個主體工程施工時在兩幫直墻與半圓的相冠線以上300~350mm處各打一排直徑20mm,右旋2400mm螺紋鋼高強錨桿,然后按800mm間距套U29--10.5m2的可縮性支架,以巷道中線向兩側各接頂1米,兩腮和兩幫不插背,待變讓壓。

  八、工程實踐

  (一)三采中石門(150米)采用了棚間距為500mm的U25--10.5m2的架棚支護,從1998年3月投入使用后到2006年9月的八年多的服務時間看,期間整個石門整體套修5次·清臥皮帶巷底板鼓起多達9次,這期間大部分的時間內勉強堅持生產.在02年后的五年中長期進行維護不斷線,生產的連續性難以為繼,后通過采用了錨注方法進行了套修,輔之以錨索進行了加固積極支護效果明顯。

  (二)四采下部軌道平石門。在施工到9#煤層位置(采用架棚支護,棚間距0.5m)時,由于頂板破碎加之伴隨有頂板淋水,造成迎頭頂扳發生了大范圍的冒落,冒落空間長*寬/高=18.6*4.1*10.8m。冒落后采用了頂板和兩幫密集管縫錨桿支護與巷道方向成20°夾角放射布置超前支護,并分次放炮尤其控制周邊眼裝藥量的方法,完成后2.5m進行化學膨脹材料充填固化圍巖,較好的順利通過了冒頂區域。

  九、結論

  隨著礦井開采深度的增加,礦壓越來越大.井巷維修工作繁重。本文探討了開灤集團公司錢家營煤礦采區巷道礦壓顯現的特點,并提出了一些克服礦壓的適時11次支護和剛柔結合支護觀點.對工程實踐有較強的指導意義,并在巷道維修中廣泛采用,安全及經濟效益顯著。

 
 
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