白山坪礦井﹣400m南大巷布置在抗壓強度較低,遇水膨脹的軟巖層中,自施工以來,所施工的巷道壓力較大,支護好的巷道一個月以后都會發生不同程度的變形、底鼓;巷道壓力主要來自于巷道兩邦和底板;由于巷道壓力大變形嚴重,影響工程進度,邊修邊掘。先后采取加密錨桿的密度、鋼帶和錨桿長度;錨桿布置由800×800mm,改為600×600mm,錨桿長度由1.6m,改為2m,但效果不佳,巷道同樣變形嚴重;同時對變形最嚴重段采用18kg鋼軌加工成全封閉式半圓拱棚子,先架設好,重新進行錨網噴,二個月后封閉式鋼軌半圓拱棚子斷裂,底鼓嚴重。巷道兩邦最大變形量1.5~1.7m,底板最大變形量1.2~1.4m,巷道已完全不能使用。為此,礦業公司委派筆者為這一軟巖支護課題組長,通過多方咨詢和到在軟巖支護積累了可貴的技術資料、現場實踐經驗的單位學習,最終我們選定了采用錨注加固法對變形嚴重的180m軟巖巷道進行返修,經近兩年對已返修段的巖移觀測,巷道最大變形量為26mm,平均變形量5mm,達到了預期效果。該軟巖支護方法的成功實施,確保了白山坪井(4)采區的接替準備工程能正常施工,同時,在軟支護方面積累了一套比較成熟的理論和操作經驗,并把這一經驗推廣應用到我公司所屬的龍塘、磨田兩礦中的軟巖支護上,均取得了成功。下面就我們在白山坪礦井﹣400m南大巷軟巖巷道采用錨注加固的返修方法進行介紹。
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礦井概況
白山坪礦井隸屬湖南省煤業集團白山坪礦業公司,為國有煤炭企業,位于耒陽市泗門洲鎮境內,設計生產能力為21萬噸/年,2008年核定生產能力為12萬噸。斜井多水平開拓方式,兩翼對角式通風方式。
井田范圍:南起耒水,北止F
12斷層,西始6煤層露頭線,東到-400m水平,走向長5.1km,傾向寬0.88~1.37km,井田面積3.7826km
2。
2 工程地質情況
礦井主采二疊系上統龍潭組上段6煤層,為煤與瓦斯突出煤層,煤層厚度3~10m,平均5m,工程位于6煤層底板巖層中,巷道掘進過程中無瓦斯逸出和瓦斯動力現象,工程所處實際標高為-390m水平,所處位置地表標高為+85~+110m,位于白山坪礦井第二水平(稱-400m水平)南翼,巷道布置在6煤層底板中,巷道距6煤層平均法線距離為49.3m。工程巷道采用光面爆破一次成巷,錨、網、噴支護,噴體厚度100mm;巷道為半圓拱,巷道凈寬2.6m,凈高2.5m。
軟巖為灰白色或灰黑色的粉砂巖、灰黑色粉砂頁巖、灰黑色砂質泥巖、灰黑色泥巖互層組成,軟巖傾角20~49
0,走向與煤層走向基本平行,巖層厚度為20~100m,平均50m,巖層硬度從大到小分別為:粉砂巖、粉砂頁巖、砂質泥巖、泥巖。泥巖層厚度最薄,夾在較硬的巖層中或充填于其殘裂隙中間,泥巖松軟,遇水膨脹,可塑性、流變性較大,泥巖中含有較多的蒙脫石,蒙脫石遇水變成黃色,帶滑性,軟巖中的較硬巖層橫縱裂隙較發育,總體較松軟破碎,個別軟巖有裂隙滲水現象,軟巖層抗壓強度較低,遇水膨脹,使巷道發生嚴重的片幫和底鼓現象。
3 錨注加固法的基本原理
錨注加固巷道圍巖是利用空心錨桿兼作注漿管(簡稱注漿錨桿),注漿錨桿前段是帶四個射漿孔的注漿孔的注漿段,后段是錨固段。巷道注漿后使松動和裂隙發育的圍巖膠結成拱形連續體加固圈,阻止了裂隙水的進一步滲透和圍巖風化。同時,注漿錨桿又起到懸吊、擠壓、楔固等作用,防止圍巖松軟范圍進一步擴大,從而使巷道徑向應力減小到僅用較小支護阻力就能維護圍巖長期處于穩定狀態。該注漿錨桿具有結構簡單、成本低廉等優點。
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施工方法與施工順序
4.1首先對已受壓變形巷道進行擴刷,松動的老噴體將其撬落,底鼓變形處進行落底,擴刷后的巷道凈寬、凈高要保證在復噴后能滿足設計斷面要求,然后進行初噴,初噴厚度不少于50mm,初噴后保證無外露的錨桿及圍巖,擴刷初噴15m后布置注漿錨桿,進行注漿,注完漿后打錨桿、掛網、復噴,復噴厚度不少于100mm。
4.2注漿質量技術要求:目前我們采用注漿設備為QB152型便攜式注漿泵,該泵具有體積小、重量輕、操作簡便等優點。注漿用水泥必須保證使用新鮮水泥,水泥標號宜用不小于325
﹟普通硅酸鹽水泥,配料按水泥1:0.7采用人工配比,配料時必須充分攪拌,確保無大于5mm的水泥硬塊。注漿孔根據巷道斷面大小進行布置,白山坪井-400m南大巷每個斷面布置7個注漿孔,間距為1200mm,排距3~5m:頂部一個、左右肩窩各一個(仰角60
0)、基墻距底板1200mm處各布置一個(俯角30
0),底板布置2個,其間距為900mm。注漿孔直徑¢42mm,深度不小于1600mm,注漿錨桿長1000mm,注漿段690mm、錨固段250mm、尾部螺紋段60mm,注漿錨桿采用直徑¢26mm的無縫鋼管制作。注漿壓力正常為2.5MPa,最大工作壓力不得超過3.2MPa。
4.3注漿工藝流程:打眼→安裝注漿錨桿、高壓球閥→注清水試驗(試機)→造漿、注漿→停機沖洗注漿管→卸除高壓球閥。
4.4采用鑿巖打眼,配¢42mm的鉆頭,按注漿錨桿設計的位置和角度打眼,打眼前先對巷道進行“敲幫問頂”將浮矸危巖破除,打眼時應一人打眼,一人在安全地點對頂板進行觀察,打眼時禁止人員通過,確需經過時,必須停止作業,鉆孔完成后,將鉆孔內的積水與巖屑吹洗干凈。
4.5安裝注漿錨桿時,錨桿螺紋處要纏緊棉線,錨桿外露在30~60mm之間,孔口四周用錨固劑封堵,確保注漿時不泄漏,錨固劑固定注漿錨桿30分鐘后方可注漿。
4.6注漿:首先連接好注漿管路,調節好注漿泵安全閥,確認正常后,先注入清水試管路壓力(試機),然后開泵注漿,達到設計壓力后,關閉高壓球閥,去除注漿管路,再注下一個,6小時后,才能除去上一個高壓球閥。
4.7跑漿處理:在注漿過程中出現跑漿時,一是對對跑漿處可視具體情況用黃泥直接堵裂縫或用水泥加速凝劑堵裂縫,二是大面積跑漿時可噴漿封堵,噴厚不小于70mm,24小時后再注漿。
4.8注漿期間,嚴格按注漿壓力施工,要確保壓力表完好,嚴禁無壓表監測控制注漿壓力值,超過設計值時,及時停機,停機順序為:先關閉注漿進風開關,再關閉注漿錨桿頭處的截止球閥,然后打開壓力表下側的卸壓閥進行卸壓,方可取下注漿管路。
4.9巷道底板返修時,必須先進行落底,采用風鎬將底板采成圓弧狀,中部最深處不小于600mm,然后采用混凝土配金屬網鋪底,混凝土比例按水泥:河沙:卵石1:2:3的比例進行配制。鋪底后必須保證72小時以后才能布置底板注漿孔。
4.10效果檢驗:在軟巖返修巷道所有工序完成后,必須設效果檢驗孔觀測注漿效果,即每隔20m布置一組檢驗孔,根據現場實踐,以1分鐘內注漿壓力達到1MPa以上為有效孔,否則,對本次所返修段的軟巖巷道要重新進行加注,以保證注漿達到理想效果。
5 礦壓觀測及資料的整理收集
5.1礦壓觀測是錨注加固的返修方法重要的一個環節,是檢查施工效果,掌握錨注后巷道變形情況,以及可為錨注法提供切實可靠的第一手技術參數,這對改善錨注法極為重要。礦壓觀測就是在巷道內每隔5m設一組,每組設5個觀測點,利用全站儀觀測不同時段點各觀測點的x、y、z的位移情況,見下表。