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關(guān)于煤礦軟巖巷道支護(hù)的總結(jié)與探討

2014-05-12 17:29魏志強(qiáng)
企業(yè)文化·中旬刊 2014年3期
關(guān)鍵詞:軟巖巖體錨桿

魏志強(qiáng)

摘 要:隨著礦井開采深度的不斷加深,我礦的開拓延深工程均向-500水平轉(zhuǎn)移。深部地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,各類巖石隨著地壓的增大,圍巖的不穩(wěn)定,強(qiáng)度逐步降低,巖體逐漸進(jìn)入軟巖狀態(tài)。巷道的施工與維護(hù)越來越困難,研究其治理方法,是當(dāng)前支護(hù)的一項(xiàng)重要任務(wù)。二水平南三區(qū)回風(fēng)巷,該巷道位于峻德礦南部區(qū)域:該區(qū)巖(煤)層含水大,且未疏干,圍巖極不穩(wěn)定,施工過F7斷層時(shí),我們采用了瑞米充填/密封Ⅲ號(hào)、瑞米加固Ⅰ號(hào),對(duì)破碎巖體進(jìn)行加固,保證了巖體的整體性、穩(wěn)定性。待頂板穩(wěn)定后,采用前探錨桿+29U型可縮性支架+噴碹聯(lián)合支護(hù)。采用分解巷道圍巖壓力的方法可以緩解巷幫的內(nèi)斂效果。

關(guān)鍵詞:工程軟巖;地質(zhì)軟巖;垂直應(yīng)力;水平應(yīng)力

峻德煤礦位于龍煤集團(tuán)鶴崗分公司井田的南端,于1975年8月1日動(dòng)工興建,1981年11月移交生產(chǎn),設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力150萬噸/年,通過礦井技術(shù)改擴(kuò)建,2010年生產(chǎn)原煤達(dá)267萬噸/年。井田南北走向5.6公里,傾斜3.6公里,面積20.16平方公里,地質(zhì)儲(chǔ)量4.07億噸,可采儲(chǔ)量2.6億噸,煤系地層含可采煤層23層,總厚度51.37米,開拓方式為立井多水平分區(qū)布置。

一、軟巖的定義

作為軟巖的定義,即能抽象出軟巖的本質(zhì)特征,又反應(yīng)出軟巖的實(shí)質(zhì)性規(guī)律。何滿朝教授在研究前人關(guān)于軟巖概念的基礎(chǔ)上,提出了新的軟巖概念和分類體系,將軟巖分為地質(zhì)軟巖和工程軟巖二種。地質(zhì)軟巖指強(qiáng)度低、空隙度大、膠結(jié)程度差、受構(gòu)造面切割及風(fēng)化影響顯著或含有大量膨脹性黏土礦物的松、散、軟、弱巖層,該類巖石多為泥巖、頁巖、粉砂巖和泥質(zhì)礦巖,是天然形成的復(fù)雜地質(zhì)介質(zhì)。工程軟巖是指在工程力作用下能產(chǎn)生顯著塑性變形的工程巖體。工程巖體是軟巖工程研究的主要對(duì)象,是巷道開挖擾動(dòng)影響范圍之內(nèi)的巖體,包括巖塊、結(jié)構(gòu)面及其空間組合特征。

工程軟巖和地質(zhì)軟巖的關(guān)系:當(dāng)工程荷載相對(duì)于地質(zhì)軟巖(如泥頁巖)的強(qiáng)度足夠小時(shí),地質(zhì)軟巖不產(chǎn)生軟巖顯著塑性變形力學(xué)特征,即不作為工程軟巖,只有在工程力作用下發(fā)生顯著變形的地質(zhì)軟巖,才作為工程軟巖;在大深度、高應(yīng)力作用下,部分地質(zhì)硬巖(如泥質(zhì)膠結(jié)砂巖等)也呈現(xiàn)了顯著變形特征,則應(yīng)視其為工程軟巖。

二、軟巖巷道支護(hù)原理

由于軟巖巷道的圍巖進(jìn)入塑性狀態(tài),它已喪失部分支承能力。圍巖變形過程中,其巨大的塑性能必須以某種形式釋放出來。軟巖巷道的支護(hù)原理可以用以下公式來表示:

(1)若PD達(dá)到最大,則圍巖自身的承載能力PR會(huì)顯著降低。

(2)若使圍巖的自身承載能力達(dá)到最大,則PD就必須降低,這就需要巷道支護(hù)提供很大的支護(hù)阻力PS。這樣才能減少圍巖的變形。

要同時(shí)滿足PD保持最合理與PR保持最大,而巷道支護(hù)阻力又足以維持巷道的穩(wěn)定,關(guān)鍵是選擇合理的壓力釋放時(shí)間及支護(hù)時(shí)間。

軟巖易風(fēng)化、遇水潮解,風(fēng)化和潮解可使圍巖膨脹變形,但這易變形多數(shù)條件下表現(xiàn)得并不突出。圍巖變形形態(tài)分析我們認(rèn)識(shí)到,巖層的層向運(yùn)動(dòng)引起隊(duì)巷道的破壞要遠(yuǎn)大于巖層膨脹和風(fēng)化潮解等因素引起的破壞。

三、軟巖巷道施工工程概況實(shí)例

(一)隨著礦井開采深度的延深,軟巖巷道的施工增多,為解決頂板支護(hù)問題,我們成功總結(jié)了軟巖巷道頂板支護(hù)方法—超前支護(hù)+錨索網(wǎng)噴聯(lián)合支護(hù)。

(1)首先在冒落處的浮巖上部向前進(jìn)方向打穿楔,然后在穿楔上鋪一層不可燃物編織袋,將冒落空間與掘進(jìn)巷道隔離開,防止化學(xué)材料流入巷道。再在冒落區(qū)邊緣向后2米處向冒落空間頂部打一個(gè)φ45mm的注漿孔與冒落空間頂部貫通。最后將注漿管插入至冒落空間頂部,通過專用灰漿泵將瑞米充填/密封Ⅲ號(hào)注入冒頂空間。瑞米充填/密封Ⅲ號(hào)在冒落空間內(nèi)快速發(fā)泡堆積并短時(shí)間內(nèi)凝固,達(dá)到充填冒頂區(qū)的目的。

要點(diǎn):要根據(jù)冒落空間的大小和形態(tài)確定注漿孔的數(shù)量和布置形式以達(dá)到良好的充填效果;瑞米充填/密封Ⅲ號(hào)的水灰比為1:1,要嚴(yán)格控制其比例,保證發(fā)泡率、凝固時(shí)間 和凝固后強(qiáng)度;其凝固強(qiáng)度在0.2-0.4MPa;每立方米使用該材料80-100公斤;凝結(jié)時(shí)間為50-70秒。

(2)為保證在繼續(xù)掘進(jìn)時(shí)安全施工不發(fā)生冒頂事故,我們使用了瑞米加固Ⅰ號(hào)對(duì)待掘巖體及其圍巖進(jìn)行加固。首先延巷道輪廓線,呈與巷道輪廓線法線方向60度向待掘巖體布置4米深鉆孔。然后使用專用風(fēng)動(dòng)注漿泵和混合槍向巖體注入瑞米加固Ⅰ號(hào),瑞米加固Ⅰ號(hào)注入破碎巖體后發(fā)生反應(yīng),凝固生成高強(qiáng)度樹脂材料將破碎巖體膠結(jié),實(shí)現(xiàn)對(duì)破碎巖體的膠結(jié)加固作用,使破碎巖體形成整體完整的巖體。

要點(diǎn):使用瑞米加固Ⅰ號(hào)加固巖體配合超前錨桿技術(shù)是順利通過斷層破碎帶的關(guān)鍵;瑞米加固Ⅰ號(hào)增強(qiáng)了圍巖的粘結(jié)力、固結(jié)圍巖并提高了圍巖的穩(wěn)定性和承載能力。其抗壓強(qiáng)度大于50MPa、粘結(jié)強(qiáng)度大于4MPa,足以滿足施工需要。

要點(diǎn):架棚時(shí)必須保證施工質(zhì)量,噴碹時(shí)要噴嚴(yán),防止圍巖風(fēng)化,前探錨桿間距0.15m,控制頂板防止冒落。

3、施工效果:

巷道施工20天后,巷道兩幫由底板至巷幫1.5m高度出現(xiàn)縮進(jìn)約0.3m,底鼓0.15m現(xiàn)象,經(jīng)施工人員研究決定:待巷道圍巖穩(wěn)定后對(duì)變形巷道采用重新開幫、拉底備29U型可縮支架+噴碹進(jìn)行支護(hù),以便保證巷道使用年限和施工安全。

四、巷道變形破壞原因分析

1、圍巖性質(zhì)的影響

由于巷道在F7斷層破碎帶中施工,巖石層節(jié)理裂隙發(fā)育,膠結(jié)程度低,軟巖弱面夾層和泥化夾層十分發(fā)育,具有各向異性的特點(diǎn),并且空隙率大,具有塑性和流變性,導(dǎo)致巷道變形量大,自穩(wěn)時(shí)間短。

2、水文地質(zhì)條件影響

由于圍巖中含有蒙脫石,遇水膨脹、崩解、泥化和流變,這種吸水軟化過程將導(dǎo)致圍巖的自撐力大大降低,從而引起巷道變形破壞。

3、地壓作用的影響

巷道施工時(shí),圍巖由地質(zhì)軟巖向工程軟巖轉(zhuǎn)變,巷道圍巖即受由上覆巖層的重量形成的垂直應(yīng)力的作用,也受由于開掘巷道而使應(yīng)力重新分布形成的水平應(yīng)力的作用,在二者的共同作用下,當(dāng)巖石流變性能超過其抗拉強(qiáng)度極限時(shí),巷道兩幫會(huì)發(fā)生內(nèi)斂,頂板會(huì)下沉冒頂,地板會(huì)發(fā)生豎向裂隙,發(fā)生底鼓。endprint

4、施工質(zhì)量因素的影響

⑴爆破掘進(jìn)中錯(cuò)誤操作,如多打眼,少裝藥的原則沒有得到實(shí)施,導(dǎo)致巷道圍巖被破壞,圍巖自身的支承能力大大降低。

⑵架棚施工中時(shí),鎖棚腿的錨桿質(zhì)量不合格。

⑶噴厚不均,局部噴體太薄弱,首先破壞,導(dǎo)致巷道支護(hù)的失效。

⑷巷道成型不好。

5、放炮對(duì)巷道的影響

爆破產(chǎn)生的爆轟對(duì)圍巖支護(hù)體產(chǎn)生震動(dòng)沖擊作用,當(dāng)巷道支護(hù)體承載接近極限時(shí),經(jīng)多次震動(dòng)沖擊,使本來顯得較為脆弱的支護(hù)體迅速破壞,巷道變形失修。

a)解決巷道兩幫內(nèi)斂的探討方法

1.通過觀察巷道變形過程,采用分解巷道圍巖壓力的方法可以緩解巷幫的內(nèi)斂效果。分析巷道圍巖壓力分布是一種應(yīng)力解放和重新分布的過程。如果采用一定的技術(shù)手段,允許圍巖有一定的變形,就會(huì)導(dǎo)致圍巖應(yīng)力重新分布,形成多個(gè)塑性變形區(qū),使集中的彈性應(yīng)力轉(zhuǎn)移到圍巖深處,而作用在之護(hù)體上的壓力就會(huì)減少,從而保護(hù)了之護(hù)體,保證其發(fā)揮支護(hù)作用。

2.施工方法

如圖所示,巷道施工時(shí),巷寬3.4米,按1.5倍計(jì)算巷道松動(dòng)圈為5m,在巷道每側(cè)打設(shè)長度為5m的鉆孔Ⅰ、Ⅱ,鉆孔φ40,排距1m,間距布置如圖所示:底板上0.3米、Ⅰ、Ⅱ鉆孔間距0.5米,在巷道底板兩側(cè)分別打注2根長錨桿,錨桿度2m。端頭錨固。

通過施工使巷道兩幫內(nèi)形成多個(gè)塑性變形區(qū)5,從而減少了彈性應(yīng)力4,使巷幫變形壓力速度釋放緩慢,變形量變小,底部錨桿有效控制底鼓現(xiàn)象,鉆孔有效控制了內(nèi)斂現(xiàn)象,保證了施工安全。

選擇合理的軟巖支護(hù)是巷道施工中重要技術(shù)手段,是保證施工安全的基礎(chǔ),減少開挖后的巷道空間對(duì)支護(hù)的壓力,及時(shí)采取的一些技術(shù)手段,是保證軟巖支護(hù)的必要條件。施工中加固破碎巖體和提高支護(hù)阻力,較小巷道的圍巖壓力是我們研究軟巖支護(hù)的重要課題,技術(shù)設(shè)計(jì)合理可以避免軟巖巷道的多次翻修,實(shí)現(xiàn)支護(hù)一次到位。峻德煤礦位于龍煤集團(tuán)鶴崗分公司井田的南端,于1975年8月1日動(dòng)工興建,1981年11月移交生產(chǎn),設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力150萬噸/年,通過礦井技術(shù)改擴(kuò)建,2010年生產(chǎn)原煤達(dá)267萬噸/年。井田南北走向5.6公里,傾斜3.6公里,面積20.16平方公里,地質(zhì)儲(chǔ)量4.07億噸,可采儲(chǔ)量2.6億噸,煤系地層含可采煤層23層,總厚度51.37米,開拓方式為立井多水平分區(qū)布置。

本礦地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,斷層多。巖石多為碳質(zhì)頁巖、泥質(zhì)頁巖、細(xì)砂巖和粗砂巖,而且含水量較大,煤層多為25°—35°的傾斜煤層,現(xiàn)已采至-250標(biāo)高。隨著礦井開采深度的不斷加深,我礦的開拓延深工程均向-500水平轉(zhuǎn)移。深部地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,各類巖石隨著地壓的增大,圍巖的不穩(wěn)定,強(qiáng)度逐步降低,巖體逐漸進(jìn)入軟巖狀態(tài)。巷道的施工與維護(hù)越來越困難,研究其治理方法,是當(dāng)前支護(hù)的一項(xiàng)重要任務(wù)。通過對(duì)軟巖的理論、實(shí)踐研究,我們成功掌握了一些軟巖巷道施工方法。

一、軟巖的定義

作為軟巖的定義,即能抽象出軟巖的本質(zhì)特征,又反應(yīng)出軟巖的實(shí)質(zhì)性規(guī)律。何滿朝教授在研究前人關(guān)于軟巖概念的基礎(chǔ)上,提出了新的軟巖概念和分類體系,將軟巖分為地質(zhì)軟巖和工程軟巖二種。地質(zhì)軟巖指強(qiáng)度低、空隙度大、膠結(jié)程度差、受構(gòu)造面切割及風(fēng)化影響顯著或含有大量膨脹性黏土礦物的松、散、軟、弱巖層,該類巖石多為泥巖、頁巖、粉砂巖和泥質(zhì)礦巖,是天然形成的復(fù)雜地質(zhì)介質(zhì)。工程軟巖是指在工程力作用下能產(chǎn)生顯著塑性變形的工程巖體。工程巖體是軟巖工程研究的主要對(duì)象,是巷道開挖擾動(dòng)影響范圍之內(nèi)的巖體,包括巖塊、結(jié)構(gòu)面及其空間組合特征。

工程軟巖和地質(zhì)軟巖的關(guān)系:當(dāng)工程荷載相對(duì)于地質(zhì)軟巖(如泥頁巖)的強(qiáng)度足夠小時(shí),地質(zhì)軟巖不產(chǎn)生軟巖顯著塑性變形力學(xué)特征,即不作為工程軟巖,只有在工程力作用下發(fā)生顯著變形的地質(zhì)軟巖,才作為工程軟巖;在大深度、高應(yīng)力作用下,部分地質(zhì)硬巖(如泥質(zhì)膠結(jié)砂巖等)也呈現(xiàn)了顯著變形特征,則應(yīng)視其為工程軟巖。

二、軟巖巷道支護(hù)原理

由于軟巖巷道的圍巖進(jìn)入塑性狀態(tài),它已喪失部分支承能力。圍巖變形過程中,其巨大的塑性能必須以某種形式釋放出來。軟巖巷道的支護(hù)原理可以用以下公式來表示:

(2)若使圍巖的自身承載能力達(dá)到最大,則PD就必須降低,這就需要巷道支護(hù)提供很大的支護(hù)阻力PS。這樣才能減少圍巖的變形。

要同時(shí)滿足PD保持最合理與PR保持最大,而巷道支護(hù)阻力又足以維持巷道的穩(wěn)定,關(guān)鍵是選擇合理的壓力釋放時(shí)間及支護(hù)時(shí)間。

軟巖易風(fēng)化、遇水潮解,風(fēng)化和潮解可使圍巖膨脹變形,但這易變形多數(shù)條件下表現(xiàn)得并不突出。圍巖變形形態(tài)分析我們認(rèn)識(shí)到,巖層的層向運(yùn)動(dòng)引起隊(duì)巷道的破壞要遠(yuǎn)大于巖層膨脹和風(fēng)化潮解等因素引起的破壞。

三、軟巖巷道施工工程概況實(shí)例

(一)隨著礦井開采深度的延深,軟巖巷道的施工增多,為解決頂板支護(hù)問題,我們成功總結(jié)了軟巖巷道頂板支護(hù)方法—超前支護(hù)+錨索網(wǎng)噴聯(lián)合支護(hù)。

1.超前支護(hù):場子頭從拱基線向上打一排超前錨桿,與水平方向成+5?,錨桿間排距0.2m,外露長度0.5m,錨固長度1.00m,錨桿的另一端放在托梁上(托梁采用12工字鋼,長0.8m,作為超前支護(hù)錨桿的托梁),超前支護(hù)采用直徑20mm的左螺旋無縱筋螺紋鋼,長度2.5m。

1、施工方法:

施工過F7斷層時(shí),斷層有裂隙0.3米,圍巖破碎,出現(xiàn)0.5米抽頂現(xiàn)象。我們采用了北京瑞琪米諾樺公司生產(chǎn)的瑞米充填/密封Ⅲ號(hào)(該材料為無機(jī)粉料,發(fā)泡率高,阻燃,能承受一定的變形),對(duì)冒落空間進(jìn)行充填,達(dá)到了良好的充填效果。在繼續(xù)掘進(jìn)中使用瑞米加固Ⅰ號(hào)(該材料高粘結(jié)強(qiáng)度,發(fā)泡膨脹,遇水反應(yīng)),對(duì)破碎巖體進(jìn)行加固,保證了巖體的整體性、穩(wěn)定性。待頂板穩(wěn)定后,采用前探錨桿+29U型可縮性支架+噴碹聯(lián)合支護(hù)。endprint

2、具體施工技術(shù)要求

(1)首先在冒落處的浮巖上部向前進(jìn)方向打穿楔,然后在穿楔上鋪一層不可燃物編織袋,將冒落空間與掘進(jìn)巷道隔離開,防止化學(xué)材料流入巷道。再在冒落區(qū)邊緣向后2米處向冒落空間頂部打一個(gè)φ45mm的注漿孔與冒落空間頂部貫通。最后將注漿管插入至冒落空間頂部,通過專用灰漿泵將瑞米充填/密封Ⅲ號(hào)注入冒頂空間。瑞米充填/密封Ⅲ號(hào)在冒落空間內(nèi)快速發(fā)泡堆積并短時(shí)間內(nèi)凝固,達(dá)到充填冒頂區(qū)的目的。

要點(diǎn):要根據(jù)冒落空間的大小和形態(tài)確定注漿孔的數(shù)量和布置形式以達(dá)到良好的充填效果;瑞米充填/密封Ⅲ號(hào)的水灰比為1:1,要嚴(yán)格控制其比例,保證發(fā)泡率、凝固時(shí)間 和凝固后強(qiáng)度;其凝固強(qiáng)度在0.2-0.4MPa;每立方米使用該材料80-100公斤;凝結(jié)時(shí)間為50-70秒。

(2)為保證在繼續(xù)掘進(jìn)時(shí)安全施工不發(fā)生冒頂事故,我們使用了瑞米加固Ⅰ號(hào)對(duì)待掘巖體及其圍巖進(jìn)行加固。首先延巷道輪廓線,呈與巷道輪廓線法線方向60度向待掘巖體布置4米深鉆孔。然后使用專用風(fēng)動(dòng)注漿泵和混合槍向巖體注入瑞米加固Ⅰ號(hào),瑞米加固Ⅰ號(hào)注入破碎巖體后發(fā)生反應(yīng),凝固生成高強(qiáng)度樹脂材料將破碎巖體膠結(jié),實(shí)現(xiàn)對(duì)破碎巖體的膠結(jié)加固作用,使破碎巖體形成整體完整的巖體。

要點(diǎn):使用瑞米加固Ⅰ號(hào)加固巖體配合超前錨桿技術(shù)是順利通過斷層破碎帶的關(guān)鍵;瑞米加固Ⅰ號(hào)增強(qiáng)了圍巖的粘結(jié)力、固結(jié)圍巖并提高了圍巖的穩(wěn)定性和承載能力。其抗壓強(qiáng)度大于50MPa、粘結(jié)強(qiáng)度大于4MPa,足以滿足施工需要。

要點(diǎn):架棚時(shí)必須保證施工質(zhì)量,噴碹時(shí)要噴嚴(yán),防止圍巖風(fēng)化,前探錨桿間距0.15m,控制頂板防止冒落。

3、施工效果:

巷道施工20天后,巷道兩幫由底板至巷幫1.5m高度出現(xiàn)縮進(jìn)約0.3m,底鼓0.15m現(xiàn)象,經(jīng)施工人員研究決定:待巷道圍巖穩(wěn)定后對(duì)變形巷道采用重新開幫、拉底備29U型可縮支架+噴碹進(jìn)行支護(hù),以便保證巷道使用年限和施工安全。

四、巷道變形破壞原因分析

1、圍巖性質(zhì)的影響

由于巷道在F7斷層破碎帶中施工,巖石層節(jié)理裂隙發(fā)育,膠結(jié)程度低,軟巖弱面夾層和泥化夾層十分發(fā)育,具有各向異性的特點(diǎn),并且空隙率大,具有塑性和流變性,導(dǎo)致巷道變形量大,自穩(wěn)時(shí)間短。

2、水文地質(zhì)條件影響

由于圍巖中含有蒙脫石,遇水膨脹、崩解、泥化和流變,這種吸水軟化過程將導(dǎo)致圍巖的自撐力大大降低,從而引起巷道變形破壞。

3、地壓作用的影響

巷道施工時(shí),圍巖由地質(zhì)軟巖向工程軟巖轉(zhuǎn)變,巷道圍巖即受由上覆巖層的重量形成的垂直應(yīng)力的作用,也受由于開掘巷道而使應(yīng)力重新分布形成的水平應(yīng)力的作用,在二者的共同作用下,當(dāng)巖石流變性能超過其抗拉強(qiáng)度極限時(shí),巷道兩幫會(huì)發(fā)生內(nèi)斂,頂板會(huì)下沉冒頂,地板會(huì)發(fā)生豎向裂隙,發(fā)生底鼓。

4、施工質(zhì)量因素的影響

⑴爆破掘進(jìn)中錯(cuò)誤操作,如多打眼,少裝藥的原則沒有得到實(shí)施,導(dǎo)致巷道圍巖被破壞,圍巖自身的支承能力大大降低。

⑵架棚施工中時(shí),鎖棚腿的錨桿質(zhì)量不合格。

⑶噴厚不均,局部噴體太薄弱,首先破壞,導(dǎo)致巷道支護(hù)的失效。

⑷巷道成型不好。

5、放炮對(duì)巷道的影響

爆破產(chǎn)生的爆轟對(duì)圍巖支護(hù)體產(chǎn)生震動(dòng)沖擊作用,當(dāng)巷道支護(hù)體承載接近極限時(shí),經(jīng)多次震動(dòng)沖擊,使本來顯得較為脆弱的支護(hù)體迅速破壞,巷道變形失修。

a)解決巷道兩幫內(nèi)斂的探討方法

1.通過觀察巷道變形過程,采用分解巷道圍巖壓力的方法可以緩解巷幫的內(nèi)斂效果。分析巷道圍巖壓力分布是一種應(yīng)力解放和重新分布的過程。如果采用一定的技術(shù)手段,允許圍巖有一定的變形,就會(huì)導(dǎo)致圍巖應(yīng)力重新分布,形成多個(gè)塑性變形區(qū),使集中的彈性應(yīng)力轉(zhuǎn)移到圍巖深處,而作用在之護(hù)體上的壓力就會(huì)減少,從而保護(hù)了之護(hù)體,保證其發(fā)揮支護(hù)作用。

2.施工方法

選擇合理的軟巖支護(hù)是巷道施工中重要技術(shù)手段,是保證施工安全的基礎(chǔ),減少開挖后的巷道空間對(duì)支護(hù)的壓力,及時(shí)采取的一些技術(shù)手段,是保證軟巖支護(hù)的必要條件。施工中加固破碎巖體和提高支護(hù)阻力,較小巷道的圍巖壓力是我們研究軟巖支護(hù)的重要課題,技術(shù)設(shè)計(jì)合理可以避免軟巖巷道的多次翻修,實(shí)現(xiàn)支護(hù)一次到位。endprint

2、具體施工技術(shù)要求

(1)首先在冒落處的浮巖上部向前進(jìn)方向打穿楔,然后在穿楔上鋪一層不可燃物編織袋,將冒落空間與掘進(jìn)巷道隔離開,防止化學(xué)材料流入巷道。再在冒落區(qū)邊緣向后2米處向冒落空間頂部打一個(gè)φ45mm的注漿孔與冒落空間頂部貫通。最后將注漿管插入至冒落空間頂部,通過專用灰漿泵將瑞米充填/密封Ⅲ號(hào)注入冒頂空間。瑞米充填/密封Ⅲ號(hào)在冒落空間內(nèi)快速發(fā)泡堆積并短時(shí)間內(nèi)凝固,達(dá)到充填冒頂區(qū)的目的。

要點(diǎn):要根據(jù)冒落空間的大小和形態(tài)確定注漿孔的數(shù)量和布置形式以達(dá)到良好的充填效果;瑞米充填/密封Ⅲ號(hào)的水灰比為1:1,要嚴(yán)格控制其比例,保證發(fā)泡率、凝固時(shí)間 和凝固后強(qiáng)度;其凝固強(qiáng)度在0.2-0.4MPa;每立方米使用該材料80-100公斤;凝結(jié)時(shí)間為50-70秒。

(2)為保證在繼續(xù)掘進(jìn)時(shí)安全施工不發(fā)生冒頂事故,我們使用了瑞米加固Ⅰ號(hào)對(duì)待掘巖體及其圍巖進(jìn)行加固。首先延巷道輪廓線,呈與巷道輪廓線法線方向60度向待掘巖體布置4米深鉆孔。然后使用專用風(fēng)動(dòng)注漿泵和混合槍向巖體注入瑞米加固Ⅰ號(hào),瑞米加固Ⅰ號(hào)注入破碎巖體后發(fā)生反應(yīng),凝固生成高強(qiáng)度樹脂材料將破碎巖體膠結(jié),實(shí)現(xiàn)對(duì)破碎巖體的膠結(jié)加固作用,使破碎巖體形成整體完整的巖體。

要點(diǎn):使用瑞米加固Ⅰ號(hào)加固巖體配合超前錨桿技術(shù)是順利通過斷層破碎帶的關(guān)鍵;瑞米加固Ⅰ號(hào)增強(qiáng)了圍巖的粘結(jié)力、固結(jié)圍巖并提高了圍巖的穩(wěn)定性和承載能力。其抗壓強(qiáng)度大于50MPa、粘結(jié)強(qiáng)度大于4MPa,足以滿足施工需要。

要點(diǎn):架棚時(shí)必須保證施工質(zhì)量,噴碹時(shí)要噴嚴(yán),防止圍巖風(fēng)化,前探錨桿間距0.15m,控制頂板防止冒落。

3、施工效果:

巷道施工20天后,巷道兩幫由底板至巷幫1.5m高度出現(xiàn)縮進(jìn)約0.3m,底鼓0.15m現(xiàn)象,經(jīng)施工人員研究決定:待巷道圍巖穩(wěn)定后對(duì)變形巷道采用重新開幫、拉底備29U型可縮支架+噴碹進(jìn)行支護(hù),以便保證巷道使用年限和施工安全。

四、巷道變形破壞原因分析

1、圍巖性質(zhì)的影響

由于巷道在F7斷層破碎帶中施工,巖石層節(jié)理裂隙發(fā)育,膠結(jié)程度低,軟巖弱面夾層和泥化夾層十分發(fā)育,具有各向異性的特點(diǎn),并且空隙率大,具有塑性和流變性,導(dǎo)致巷道變形量大,自穩(wěn)時(shí)間短。

2、水文地質(zhì)條件影響

由于圍巖中含有蒙脫石,遇水膨脹、崩解、泥化和流變,這種吸水軟化過程將導(dǎo)致圍巖的自撐力大大降低,從而引起巷道變形破壞。

3、地壓作用的影響

巷道施工時(shí),圍巖由地質(zhì)軟巖向工程軟巖轉(zhuǎn)變,巷道圍巖即受由上覆巖層的重量形成的垂直應(yīng)力的作用,也受由于開掘巷道而使應(yīng)力重新分布形成的水平應(yīng)力的作用,在二者的共同作用下,當(dāng)巖石流變性能超過其抗拉強(qiáng)度極限時(shí),巷道兩幫會(huì)發(fā)生內(nèi)斂,頂板會(huì)下沉冒頂,地板會(huì)發(fā)生豎向裂隙,發(fā)生底鼓。

4、施工質(zhì)量因素的影響

⑴爆破掘進(jìn)中錯(cuò)誤操作,如多打眼,少裝藥的原則沒有得到實(shí)施,導(dǎo)致巷道圍巖被破壞,圍巖自身的支承能力大大降低。

⑵架棚施工中時(shí),鎖棚腿的錨桿質(zhì)量不合格。

⑶噴厚不均,局部噴體太薄弱,首先破壞,導(dǎo)致巷道支護(hù)的失效。

⑷巷道成型不好。

5、放炮對(duì)巷道的影響

爆破產(chǎn)生的爆轟對(duì)圍巖支護(hù)體產(chǎn)生震動(dòng)沖擊作用,當(dāng)巷道支護(hù)體承載接近極限時(shí),經(jīng)多次震動(dòng)沖擊,使本來顯得較為脆弱的支護(hù)體迅速破壞,巷道變形失修。

a)解決巷道兩幫內(nèi)斂的探討方法

1.通過觀察巷道變形過程,采用分解巷道圍巖壓力的方法可以緩解巷幫的內(nèi)斂效果。分析巷道圍巖壓力分布是一種應(yīng)力解放和重新分布的過程。如果采用一定的技術(shù)手段,允許圍巖有一定的變形,就會(huì)導(dǎo)致圍巖應(yīng)力重新分布,形成多個(gè)塑性變形區(qū),使集中的彈性應(yīng)力轉(zhuǎn)移到圍巖深處,而作用在之護(hù)體上的壓力就會(huì)減少,從而保護(hù)了之護(hù)體,保證其發(fā)揮支護(hù)作用。

2.施工方法

選擇合理的軟巖支護(hù)是巷道施工中重要技術(shù)手段,是保證施工安全的基礎(chǔ),減少開挖后的巷道空間對(duì)支護(hù)的壓力,及時(shí)采取的一些技術(shù)手段,是保證軟巖支護(hù)的必要條件。施工中加固破碎巖體和提高支護(hù)阻力,較小巷道的圍巖壓力是我們研究軟巖支護(hù)的重要課題,技術(shù)設(shè)計(jì)合理可以避免軟巖巷道的多次翻修,實(shí)現(xiàn)支護(hù)一次到位。endprint

2、具體施工技術(shù)要求

(1)首先在冒落處的浮巖上部向前進(jìn)方向打穿楔,然后在穿楔上鋪一層不可燃物編織袋,將冒落空間與掘進(jìn)巷道隔離開,防止化學(xué)材料流入巷道。再在冒落區(qū)邊緣向后2米處向冒落空間頂部打一個(gè)φ45mm的注漿孔與冒落空間頂部貫通。最后將注漿管插入至冒落空間頂部,通過專用灰漿泵將瑞米充填/密封Ⅲ號(hào)注入冒頂空間。瑞米充填/密封Ⅲ號(hào)在冒落空間內(nèi)快速發(fā)泡堆積并短時(shí)間內(nèi)凝固,達(dá)到充填冒頂區(qū)的目的。

要點(diǎn):要根據(jù)冒落空間的大小和形態(tài)確定注漿孔的數(shù)量和布置形式以達(dá)到良好的充填效果;瑞米充填/密封Ⅲ號(hào)的水灰比為1:1,要嚴(yán)格控制其比例,保證發(fā)泡率、凝固時(shí)間 和凝固后強(qiáng)度;其凝固強(qiáng)度在0.2-0.4MPa;每立方米使用該材料80-100公斤;凝結(jié)時(shí)間為50-70秒。

(2)為保證在繼續(xù)掘進(jìn)時(shí)安全施工不發(fā)生冒頂事故,我們使用了瑞米加固Ⅰ號(hào)對(duì)待掘巖體及其圍巖進(jìn)行加固。首先延巷道輪廓線,呈與巷道輪廓線法線方向60度向待掘巖體布置4米深鉆孔。然后使用專用風(fēng)動(dòng)注漿泵和混合槍向巖體注入瑞米加固Ⅰ號(hào),瑞米加固Ⅰ號(hào)注入破碎巖體后發(fā)生反應(yīng),凝固生成高強(qiáng)度樹脂材料將破碎巖體膠結(jié),實(shí)現(xiàn)對(duì)破碎巖體的膠結(jié)加固作用,使破碎巖體形成整體完整的巖體。

要點(diǎn):使用瑞米加固Ⅰ號(hào)加固巖體配合超前錨桿技術(shù)是順利通過斷層破碎帶的關(guān)鍵;瑞米加固Ⅰ號(hào)增強(qiáng)了圍巖的粘結(jié)力、固結(jié)圍巖并提高了圍巖的穩(wěn)定性和承載能力。其抗壓強(qiáng)度大于50MPa、粘結(jié)強(qiáng)度大于4MPa,足以滿足施工需要。

要點(diǎn):架棚時(shí)必須保證施工質(zhì)量,噴碹時(shí)要噴嚴(yán),防止圍巖風(fēng)化,前探錨桿間距0.15m,控制頂板防止冒落。

3、施工效果:

巷道施工20天后,巷道兩幫由底板至巷幫1.5m高度出現(xiàn)縮進(jìn)約0.3m,底鼓0.15m現(xiàn)象,經(jīng)施工人員研究決定:待巷道圍巖穩(wěn)定后對(duì)變形巷道采用重新開幫、拉底備29U型可縮支架+噴碹進(jìn)行支護(hù),以便保證巷道使用年限和施工安全。

四、巷道變形破壞原因分析

1、圍巖性質(zhì)的影響

由于巷道在F7斷層破碎帶中施工,巖石層節(jié)理裂隙發(fā)育,膠結(jié)程度低,軟巖弱面夾層和泥化夾層十分發(fā)育,具有各向異性的特點(diǎn),并且空隙率大,具有塑性和流變性,導(dǎo)致巷道變形量大,自穩(wěn)時(shí)間短。

2、水文地質(zhì)條件影響

由于圍巖中含有蒙脫石,遇水膨脹、崩解、泥化和流變,這種吸水軟化過程將導(dǎo)致圍巖的自撐力大大降低,從而引起巷道變形破壞。

3、地壓作用的影響

巷道施工時(shí),圍巖由地質(zhì)軟巖向工程軟巖轉(zhuǎn)變,巷道圍巖即受由上覆巖層的重量形成的垂直應(yīng)力的作用,也受由于開掘巷道而使應(yīng)力重新分布形成的水平應(yīng)力的作用,在二者的共同作用下,當(dāng)巖石流變性能超過其抗拉強(qiáng)度極限時(shí),巷道兩幫會(huì)發(fā)生內(nèi)斂,頂板會(huì)下沉冒頂,地板會(huì)發(fā)生豎向裂隙,發(fā)生底鼓。

4、施工質(zhì)量因素的影響

⑴爆破掘進(jìn)中錯(cuò)誤操作,如多打眼,少裝藥的原則沒有得到實(shí)施,導(dǎo)致巷道圍巖被破壞,圍巖自身的支承能力大大降低。

⑵架棚施工中時(shí),鎖棚腿的錨桿質(zhì)量不合格。

⑶噴厚不均,局部噴體太薄弱,首先破壞,導(dǎo)致巷道支護(hù)的失效。

⑷巷道成型不好。

5、放炮對(duì)巷道的影響

爆破產(chǎn)生的爆轟對(duì)圍巖支護(hù)體產(chǎn)生震動(dòng)沖擊作用,當(dāng)巷道支護(hù)體承載接近極限時(shí),經(jīng)多次震動(dòng)沖擊,使本來顯得較為脆弱的支護(hù)體迅速破壞,巷道變形失修。

a)解決巷道兩幫內(nèi)斂的探討方法

1.通過觀察巷道變形過程,采用分解巷道圍巖壓力的方法可以緩解巷幫的內(nèi)斂效果。分析巷道圍巖壓力分布是一種應(yīng)力解放和重新分布的過程。如果采用一定的技術(shù)手段,允許圍巖有一定的變形,就會(huì)導(dǎo)致圍巖應(yīng)力重新分布,形成多個(gè)塑性變形區(qū),使集中的彈性應(yīng)力轉(zhuǎn)移到圍巖深處,而作用在之護(hù)體上的壓力就會(huì)減少,從而保護(hù)了之護(hù)體,保證其發(fā)揮支護(hù)作用。

2.施工方法

選擇合理的軟巖支護(hù)是巷道施工中重要技術(shù)手段,是保證施工安全的基礎(chǔ),減少開挖后的巷道空間對(duì)支護(hù)的壓力,及時(shí)采取的一些技術(shù)手段,是保證軟巖支護(hù)的必要條件。施工中加固破碎巖體和提高支護(hù)阻力,較小巷道的圍巖壓力是我們研究軟巖支護(hù)的重要課題,技術(shù)設(shè)計(jì)合理可以避免軟巖巷道的多次翻修,實(shí)現(xiàn)支護(hù)一次到位。endprint

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