2024年5月13日发(作者:荣智伟)
2010年第6期 河北煤炭 9
奠
篱试马盒
童
研三耙
深部巷道维修合理支护研究与应用
_
董赛军,曹建礼
(冀中能源峰峰集团公司羊渠河矿,河北邯郸056201)
摘 要:针对深部巷道维修支护方式不合理,造成巷道变形、破坏,通过对围岩的分析研究,
制定出切合实际的U型钢可缩性支架+喷浆+注浆联合支护方案,并在实践中得以应用。
关键词:深部巷道;维修;注浆;联合支护;研究;应用
中图分类号:TD263 文献标识码:B 文章编号:1007—1083(2010)06—0009—03
Research and application Oil the reasonable support in
deep roadway maintenance
DONG Sai-jun,CAO Jian—li
峰峰集团羊渠河矿是一个开采50多年的衰老
些岩石强度较低,在风化和水的作用下,会产生软
矿井,设计年生产能力135万t,2006年核定年生
化、泥化和膨胀。在大小不同断层的影响下,这些
产能力130万t,采用立井开拓,暗斜井延伸,多 岩层暴露在巷道或不同程度的位于巷道附近。由于
水平开采,井田中心地表海拔标高为+156 m。 围岩不稳定,造成巷道顶、底板极不稳定,对巷道
羊渠河矿共有5个生产水平,分别为±0、 支护极易造成破坏。
一
1 10、一240、-400、一620 m水平和一个一850 m开
1.2采矿动压影响巷道围岩的稳定
拓延伸水平,主要开采煤层为:大煤、野青、山
~
400 m水平运输大行邻近已回采过的大煤]二
青。-400 m水平以上煤炭资源已经枯竭;目前主 作面,由南向北分别是:8223、8228、8230、
要开采-4O0 m以下水平资源。
8250、8248等,其中8228、8230、8250、8248均
-4o0 m水平大巷原支护为料石砌筑,直墙半 为上过大巷;大巷两侧已回采过的野青工作面分别
圆拱断面。近十几年来,由于受矿压影响,原支护 是8421、8422、8453、8448等,虽均留有大巷煤
遭到不同程度的破坏,并经过多次锚网喷、U型钢 柱,但动压对巷道均造成不同程度的影响。
可缩性支架扩整。这种单一的支护方式效果并不理 1.3裂隙和地下水的作用降低了围岩承载力
想,支护寿命维持在1—2 a。针对主要巷道变形情
由于采矿动压和断层的存在,造成一定范围内
况,2005年,该矿与山东科技大学联合调查,分 的围岩裂隙及其发育,且在深部应力作用下,围岩
析巷道变形的主要原因,提出加强巷道维修支护的
发生破坏,又造成较大范围内的围岩存在大量裂
技术方案。
隙,使得围岩岩体强度大大低于岩石强度,加剧了
1 巷道破坏原因初步分析
围岩的风化,加大了作用在支护结构上的松散压力
和变形压力,从而显著降低了支护结构的相对承载
1.1地质构造影响巷道围岩的稳定
能力,造成巷道的严重变形破坏。
-400 m水平运输大巷整体为一单斜构造,岩
层走向NE20。~NW10。,倾向SE~NE,倾角
2 深部巷道维修支护技术方案
15。一25。,大巷共计穿过F,、F3。 、F。。,、F 等数
巷道支护与围岩相互作用的研究成果证明,支
十条大断层,均为正断层。其中F5断层落差100~ 护强度是控制巷道围岩剧烈变形的关键因素。对于
400 m,其它落差至少10—25 m。由于受断层影
_400 m大巷已经遭到破坏、围岩极不稳定而采取
响,造成局部巷道顶板极不稳定,尤其是野青灰岩
单一的锚网喷或u型钢可缩性支架扩整,很难控
上部3.2 m厚的页岩,层理不清,块状构造,野青
制巷道的剧烈变形,必须采取联合支护技术,以提
煤下方4.8~25 m有多层以泥质为主的粉砂岩。这
高支护结构的整体承载能力。
10 河北煤炭 2010年第6期
分析认为,对于-400 m大巷必须采取U型钢 (5)注浆前将充填管安装好再注浆充填,65
m巷道、排距1.8 m、每排7个孔,每帮底角孑L距
底板500 arin,并向下倾斜30。,其余孑L位均与巷
壁垂直。
+喷浆+注浆三种联合支护技术进行维修,方能克
服上述造成巷道变形的不利因素。
第一步先采取u型钢可缩性支架扩整;第二
部进行喷浆;第三部进行注浆。注浆又分为壁后注
浆、中部注浆、深部注浆。
(6)注浆顺序:注浆时,有巷道里端向外端
施工,注浆段顺序一般为先注两帮,其次注两肩,
再注顶眼,即由下向上,便于浆液沉淀底部。
(7)每班做好施工记录,注浆时严格落实注
3深部巷道维修支护技术方案的实施
3.1支护材料与支护参数
(1)巷道原规格为3.6 m×3.0 m,先进行卧
底、刷大支护,扩整至巷道净断面为:宽×高=
4.5 m×3.45 m。
(2)扩整采用U36钢支架支护,架后背设L
=
900 nqln、问距300 mm、直径不小于60 rlMn的圆
木,并全断面挂设菱形金属网。支架间距600 mln。
菱形金属网搭接长度100 mm,每200 mm用14"铅
丝联网一道。
(3)支架规格为4节式可缩支架,每架配用
6副卡缆紧固,搭接段长度不小于400 mm,螺母
扭矩达到300~350 N・m。
(4)支架扩整后采用C20砼喷浆150mm厚。
(5)喷浆后进行注浆。
3.2注浆施工工序
3.2.1准备工作
将压风(压力不低于0.5 MPa,风量不低于2O
m3/min)、清水(压力不低于0.4MPa,有效流量
不低于10 m /h)、电源(660V,60 kW含防爆开
关)接至施工作业现场。
3_2.2壁后注浆充填
(1)壁后充填注浆管的布置:间距1.2m,每
排均匀布置7个孑L,排距1.8 m。
(2)壁后充填管选用 42 1Tll2q的普通水煤气
管制作,长度600 mm,外端车管螺纹扣,扣长20
ITIITI,紧邻扣内端焊接挡环。
(3)注浆孔深1500 mm左右,以打到顶、帮
坚硬岩石为准,用冲击风钻配 42 nlln钻头钻孔,
将孔151管缠些麻线,用风钻借助安装器将充填注浆
管顶人孔中,外露不超200 mm。
(4)壁后注浆材料:水泥与水玻璃的双液浆,
水泥采用普硅525 ,水泥浆的水灰比为0.65~
0.7:1,水玻璃浓度为10~30BE,水泥浆与水玻璃
之比为1:(0.1~0.3),注浆压力为2~3MPa。浆
液扩散半径为1.5 m,预计每孔注浆量700 kg。
浆量、注浆压力、扩散半径等有关技术参数要求,
确保注浆内在质量达到设计要求。
3.2.3中部注浆
(1)在壁后注浆管内用锚杆钻机配 28钻
头套孔,孑L深3000~4000 mln,每孔必套。
(2)在每个孔口重新连接上注浆管路,进行
中部注浆。
(3)注浆材料及配比同充填注浆参数,注浆
压力为3~6 MPa,浆液扩散半径为2.0 m,预计每
孔注浆量400 kg。
(4)每班做好施工记录,注浆时严格落实注
浆量、注浆压力、扩散半径等有关技术参数要求,
确保注浆内在质量达到设计要求。
3_2_4深部注浆
(1)在中部注浆管内用锚杆钻机配 28钻
头再次套孔,孑L深6000~8000 l'run,每排套孔不少
于5个,均匀布置,套孔不成时,在附近重新打
孔,重新打孔要求同上。
(2)在每个孔口重新连接上注浆管路,进行
深部注浆,共计实施注浆孔253根。
(3)注浆材料及配比同充填注浆参数,注浆
压力为4~6 MPa,浆液扩散半径为2.0 111,预计每
孑L注浆量200 kg。
(4)每班做好施T记录,注浆时严格落实注
浆量、注浆压力、扩散半径等有关技术参数要求,
确保注浆内在质量达到设计要求。
3.2_5施工注浆锚索
(1)依据确定好的锚索位置,其与深部注浆
孔位重叠,只是深部注浆前首先安装好锚索,然后
再深部注浆,最后紧同锚索。根据工艺要求,先用
锚杆机配直径为 28 m/n的钻头,打至深度7500
mm,
随后安装锚索。
(2)按间排距1.4 in×1.8 m打设1 x 7-8锚
索,每根锚索配合一块300 mm×300 mln×16 mm
钢制托盘、一块200 mm×200 mm×16 ITlm钢制托
2010年第6期 河北煤炭
(2)施工前,施工地点要敲帮问顶,排除顶、
盘和一块200mmx 200mm×16mm木制托盘使用,
钢托盘外安装小索具。
(3)锚索是由7根直径5 mm钢丝组成的钢
绞线,直径为15.24 mm,高强度低松驰级,强度
级别为1860 MPa,破坏负荷260.7 kN。
(4)锚索孔径28 mm,采用Z2360药卷3卷
进行锚固,锚索在顶、帮布置3根。
(5)锚索安装使用锚杆钻机。首先在长度
帮浮矸危岩后再打眼、注浆施工。在高处打眼及安
装注浆管时必须搭好平稳、牢固的工作台,地下支
撑物必须牢固,并且要有人观察。
(3)操作封孑L器时不能正面面对,必须在注
浆管内脉冲压力释放后再开启注浆阀门。
(4)与注浆无关人员及注浆前方观察人员,
必须在注浆加固区域10 m以外,远距离观察,并
8000 mm的钢绞线尾部装上一套锚索快速安装器,
并将3根树脂药卷用塑料胶带与钢绞线头部扎成一
体。之后2 3人配合,缓缓将树脂药卷和钢绞线
推入孔底,然后联上钻机,开机搅拌树脂药卷,
10 15 s后,停机静待3O~50 s再撤掉钻机和快速
安装器,锚索安装即告结束。
(6)锚索安装结束后即可进行深部注浆,5 d
后进行张拉。张拉时,首先套上托盘和锁口装置(
推至孔口),再把锚索张拉千斤顶套在预留的钢绞
线上,之后开动液压泵进行张拉,拉力达到100
kN时,卸下千斤顶,换用液压剪切断多余的钢绞
线,锚索安装全部结束。
3.3注浆工艺流程
注浆工艺流程如图l所示。
注浆
换孔注浆
清洗注浆系统
图1注浆工艺流程
3.4注浆施工主要安全技术措施
(1)注浆人员在施工期间必须佩戴防护眼镜、
口罩、橡胶手套等防护用品。
佩戴好相应防护用品,随时与司泵人员取得联系。
(5)司泵员必须始终严密注视泵压,关注泵
况,并随时与前方观察人员联系,一旦发现有煤壁
松动、跑(漏)浆、注浆压力突然骤降等异常情况,
应立即停止注浆,查明原因,采取措施后才准恢复
注浆施工。
(6)配浆人员应保持浆液不吸空,随时观察
泵的吸浆情况,保持两浆液的配比适中。
(7)非专职人员不得操作注浆泵和制浆机,
以免发生事故。
(8)作业场所必须备有一定量的清洁用水,
如浆液不慎溅到皮肤或眼睛内,应立即用大量清水
冲洗,严重者应立即就医。
(9)进行打眼、埋管、封孔、连管等作业时,
应预先检查周围安全状况,尤其检查迎头顶板维护
情况,不可违章作业。
(10)整个注浆系统高压端的联接件必须联接
牢固,连接管路的扁销必须使用正规的扁销。
4 深部巷道维修联合支护技术应用效果
该矿对一400 In运输大巷北翼巷标2000~2150
m巷道进行U型钢+喷浆+注浆3种联合支护技
术进行维修,已经过去将近4 a。由矿压资料表明,
近4 E1.来,巷道水平移近量仅100 l/lln,垂直移近
量80 nllTl。有力控制了巷道变形速度,减少了扩修
维护工作量。4 a来,对此段巷道没有维修,每年
的维修费用为0。所以,从2009年后半年开始,
矿领导决定,对一400 m大巷全面进行u型钢+喷
浆十注浆三种联合支护技术进行维修,为该矿巷修
工作指明了方向。
作者简介:董赛军(1973一),男,河北唐山人,工程
师,冀中能源峰峰集团公司羊渠河矿副总工程师。
(收稿日期:2010-09-07;编辑:毛志国)
2024年5月13日发(作者:荣智伟)
2010年第6期 河北煤炭 9
奠
篱试马盒
童
研三耙
深部巷道维修合理支护研究与应用
_
董赛军,曹建礼
(冀中能源峰峰集团公司羊渠河矿,河北邯郸056201)
摘 要:针对深部巷道维修支护方式不合理,造成巷道变形、破坏,通过对围岩的分析研究,
制定出切合实际的U型钢可缩性支架+喷浆+注浆联合支护方案,并在实践中得以应用。
关键词:深部巷道;维修;注浆;联合支护;研究;应用
中图分类号:TD263 文献标识码:B 文章编号:1007—1083(2010)06—0009—03
Research and application Oil the reasonable support in
deep roadway maintenance
DONG Sai-jun,CAO Jian—li
峰峰集团羊渠河矿是一个开采50多年的衰老
些岩石强度较低,在风化和水的作用下,会产生软
矿井,设计年生产能力135万t,2006年核定年生
化、泥化和膨胀。在大小不同断层的影响下,这些
产能力130万t,采用立井开拓,暗斜井延伸,多 岩层暴露在巷道或不同程度的位于巷道附近。由于
水平开采,井田中心地表海拔标高为+156 m。 围岩不稳定,造成巷道顶、底板极不稳定,对巷道
羊渠河矿共有5个生产水平,分别为±0、 支护极易造成破坏。
一
1 10、一240、-400、一620 m水平和一个一850 m开
1.2采矿动压影响巷道围岩的稳定
拓延伸水平,主要开采煤层为:大煤、野青、山
~
400 m水平运输大行邻近已回采过的大煤]二
青。-400 m水平以上煤炭资源已经枯竭;目前主 作面,由南向北分别是:8223、8228、8230、
要开采-4O0 m以下水平资源。
8250、8248等,其中8228、8230、8250、8248均
-4o0 m水平大巷原支护为料石砌筑,直墙半 为上过大巷;大巷两侧已回采过的野青工作面分别
圆拱断面。近十几年来,由于受矿压影响,原支护 是8421、8422、8453、8448等,虽均留有大巷煤
遭到不同程度的破坏,并经过多次锚网喷、U型钢 柱,但动压对巷道均造成不同程度的影响。
可缩性支架扩整。这种单一的支护方式效果并不理 1.3裂隙和地下水的作用降低了围岩承载力
想,支护寿命维持在1—2 a。针对主要巷道变形情
由于采矿动压和断层的存在,造成一定范围内
况,2005年,该矿与山东科技大学联合调查,分 的围岩裂隙及其发育,且在深部应力作用下,围岩
析巷道变形的主要原因,提出加强巷道维修支护的
发生破坏,又造成较大范围内的围岩存在大量裂
技术方案。
隙,使得围岩岩体强度大大低于岩石强度,加剧了
1 巷道破坏原因初步分析
围岩的风化,加大了作用在支护结构上的松散压力
和变形压力,从而显著降低了支护结构的相对承载
1.1地质构造影响巷道围岩的稳定
能力,造成巷道的严重变形破坏。
-400 m水平运输大巷整体为一单斜构造,岩
层走向NE20。~NW10。,倾向SE~NE,倾角
2 深部巷道维修支护技术方案
15。一25。,大巷共计穿过F,、F3。 、F。。,、F 等数
巷道支护与围岩相互作用的研究成果证明,支
十条大断层,均为正断层。其中F5断层落差100~ 护强度是控制巷道围岩剧烈变形的关键因素。对于
400 m,其它落差至少10—25 m。由于受断层影
_400 m大巷已经遭到破坏、围岩极不稳定而采取
响,造成局部巷道顶板极不稳定,尤其是野青灰岩
单一的锚网喷或u型钢可缩性支架扩整,很难控
上部3.2 m厚的页岩,层理不清,块状构造,野青
制巷道的剧烈变形,必须采取联合支护技术,以提
煤下方4.8~25 m有多层以泥质为主的粉砂岩。这
高支护结构的整体承载能力。
10 河北煤炭 2010年第6期
分析认为,对于-400 m大巷必须采取U型钢 (5)注浆前将充填管安装好再注浆充填,65
m巷道、排距1.8 m、每排7个孔,每帮底角孑L距
底板500 arin,并向下倾斜30。,其余孑L位均与巷
壁垂直。
+喷浆+注浆三种联合支护技术进行维修,方能克
服上述造成巷道变形的不利因素。
第一步先采取u型钢可缩性支架扩整;第二
部进行喷浆;第三部进行注浆。注浆又分为壁后注
浆、中部注浆、深部注浆。
(6)注浆顺序:注浆时,有巷道里端向外端
施工,注浆段顺序一般为先注两帮,其次注两肩,
再注顶眼,即由下向上,便于浆液沉淀底部。
(7)每班做好施工记录,注浆时严格落实注
3深部巷道维修支护技术方案的实施
3.1支护材料与支护参数
(1)巷道原规格为3.6 m×3.0 m,先进行卧
底、刷大支护,扩整至巷道净断面为:宽×高=
4.5 m×3.45 m。
(2)扩整采用U36钢支架支护,架后背设L
=
900 nqln、问距300 mm、直径不小于60 rlMn的圆
木,并全断面挂设菱形金属网。支架间距600 mln。
菱形金属网搭接长度100 mm,每200 mm用14"铅
丝联网一道。
(3)支架规格为4节式可缩支架,每架配用
6副卡缆紧固,搭接段长度不小于400 mm,螺母
扭矩达到300~350 N・m。
(4)支架扩整后采用C20砼喷浆150mm厚。
(5)喷浆后进行注浆。
3.2注浆施工工序
3.2.1准备工作
将压风(压力不低于0.5 MPa,风量不低于2O
m3/min)、清水(压力不低于0.4MPa,有效流量
不低于10 m /h)、电源(660V,60 kW含防爆开
关)接至施工作业现场。
3_2.2壁后注浆充填
(1)壁后充填注浆管的布置:间距1.2m,每
排均匀布置7个孑L,排距1.8 m。
(2)壁后充填管选用 42 1Tll2q的普通水煤气
管制作,长度600 mm,外端车管螺纹扣,扣长20
ITIITI,紧邻扣内端焊接挡环。
(3)注浆孔深1500 mm左右,以打到顶、帮
坚硬岩石为准,用冲击风钻配 42 nlln钻头钻孔,
将孔151管缠些麻线,用风钻借助安装器将充填注浆
管顶人孔中,外露不超200 mm。
(4)壁后注浆材料:水泥与水玻璃的双液浆,
水泥采用普硅525 ,水泥浆的水灰比为0.65~
0.7:1,水玻璃浓度为10~30BE,水泥浆与水玻璃
之比为1:(0.1~0.3),注浆压力为2~3MPa。浆
液扩散半径为1.5 m,预计每孔注浆量700 kg。
浆量、注浆压力、扩散半径等有关技术参数要求,
确保注浆内在质量达到设计要求。
3.2.3中部注浆
(1)在壁后注浆管内用锚杆钻机配 28钻
头套孔,孑L深3000~4000 mln,每孔必套。
(2)在每个孔口重新连接上注浆管路,进行
中部注浆。
(3)注浆材料及配比同充填注浆参数,注浆
压力为3~6 MPa,浆液扩散半径为2.0 m,预计每
孔注浆量400 kg。
(4)每班做好施工记录,注浆时严格落实注
浆量、注浆压力、扩散半径等有关技术参数要求,
确保注浆内在质量达到设计要求。
3_2_4深部注浆
(1)在中部注浆管内用锚杆钻机配 28钻
头再次套孔,孑L深6000~8000 l'run,每排套孔不少
于5个,均匀布置,套孔不成时,在附近重新打
孔,重新打孔要求同上。
(2)在每个孔口重新连接上注浆管路,进行
深部注浆,共计实施注浆孔253根。
(3)注浆材料及配比同充填注浆参数,注浆
压力为4~6 MPa,浆液扩散半径为2.0 111,预计每
孑L注浆量200 kg。
(4)每班做好施T记录,注浆时严格落实注
浆量、注浆压力、扩散半径等有关技术参数要求,
确保注浆内在质量达到设计要求。
3.2_5施工注浆锚索
(1)依据确定好的锚索位置,其与深部注浆
孔位重叠,只是深部注浆前首先安装好锚索,然后
再深部注浆,最后紧同锚索。根据工艺要求,先用
锚杆机配直径为 28 m/n的钻头,打至深度7500
mm,
随后安装锚索。
(2)按间排距1.4 in×1.8 m打设1 x 7-8锚
索,每根锚索配合一块300 mm×300 mln×16 mm
钢制托盘、一块200 mm×200 mm×16 ITlm钢制托
2010年第6期 河北煤炭
(2)施工前,施工地点要敲帮问顶,排除顶、
盘和一块200mmx 200mm×16mm木制托盘使用,
钢托盘外安装小索具。
(3)锚索是由7根直径5 mm钢丝组成的钢
绞线,直径为15.24 mm,高强度低松驰级,强度
级别为1860 MPa,破坏负荷260.7 kN。
(4)锚索孔径28 mm,采用Z2360药卷3卷
进行锚固,锚索在顶、帮布置3根。
(5)锚索安装使用锚杆钻机。首先在长度
帮浮矸危岩后再打眼、注浆施工。在高处打眼及安
装注浆管时必须搭好平稳、牢固的工作台,地下支
撑物必须牢固,并且要有人观察。
(3)操作封孑L器时不能正面面对,必须在注
浆管内脉冲压力释放后再开启注浆阀门。
(4)与注浆无关人员及注浆前方观察人员,
必须在注浆加固区域10 m以外,远距离观察,并
8000 mm的钢绞线尾部装上一套锚索快速安装器,
并将3根树脂药卷用塑料胶带与钢绞线头部扎成一
体。之后2 3人配合,缓缓将树脂药卷和钢绞线
推入孔底,然后联上钻机,开机搅拌树脂药卷,
10 15 s后,停机静待3O~50 s再撤掉钻机和快速
安装器,锚索安装即告结束。
(6)锚索安装结束后即可进行深部注浆,5 d
后进行张拉。张拉时,首先套上托盘和锁口装置(
推至孔口),再把锚索张拉千斤顶套在预留的钢绞
线上,之后开动液压泵进行张拉,拉力达到100
kN时,卸下千斤顶,换用液压剪切断多余的钢绞
线,锚索安装全部结束。
3.3注浆工艺流程
注浆工艺流程如图l所示。
注浆
换孔注浆
清洗注浆系统
图1注浆工艺流程
3.4注浆施工主要安全技术措施
(1)注浆人员在施工期间必须佩戴防护眼镜、
口罩、橡胶手套等防护用品。
佩戴好相应防护用品,随时与司泵人员取得联系。
(5)司泵员必须始终严密注视泵压,关注泵
况,并随时与前方观察人员联系,一旦发现有煤壁
松动、跑(漏)浆、注浆压力突然骤降等异常情况,
应立即停止注浆,查明原因,采取措施后才准恢复
注浆施工。
(6)配浆人员应保持浆液不吸空,随时观察
泵的吸浆情况,保持两浆液的配比适中。
(7)非专职人员不得操作注浆泵和制浆机,
以免发生事故。
(8)作业场所必须备有一定量的清洁用水,
如浆液不慎溅到皮肤或眼睛内,应立即用大量清水
冲洗,严重者应立即就医。
(9)进行打眼、埋管、封孔、连管等作业时,
应预先检查周围安全状况,尤其检查迎头顶板维护
情况,不可违章作业。
(10)整个注浆系统高压端的联接件必须联接
牢固,连接管路的扁销必须使用正规的扁销。
4 深部巷道维修联合支护技术应用效果
该矿对一400 In运输大巷北翼巷标2000~2150
m巷道进行U型钢+喷浆+注浆3种联合支护技
术进行维修,已经过去将近4 a。由矿压资料表明,
近4 E1.来,巷道水平移近量仅100 l/lln,垂直移近
量80 nllTl。有力控制了巷道变形速度,减少了扩修
维护工作量。4 a来,对此段巷道没有维修,每年
的维修费用为0。所以,从2009年后半年开始,
矿领导决定,对一400 m大巷全面进行u型钢+喷
浆十注浆三种联合支护技术进行维修,为该矿巷修
工作指明了方向。
作者简介:董赛军(1973一),男,河北唐山人,工程
师,冀中能源峰峰集团公司羊渠河矿副总工程师。
(收稿日期:2010-09-07;编辑:毛志国)