浅谈煤矿岩石巷道的锚杆\锚索\注浆支护
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摘要:文章介绍了在岩石巷道中锚杆、锚索、注浆支护原理,施工参数确定及施工方法,通过与锚喷支护、锚架支护分析对比,论述该支护技术优点及选择。
某煤矿南翼运输大巷距中央风井约1500m,2009年2月开始施工,预计2010年6月施工完毕。巷道均大角度上山且穿层施工,由于巷道断面大、地压活动强烈,服务期限较长,正确选择支护方式,就保证了将来的安全使用,按传统的支护方式,主要采用锚(网)喷支护与锚索联合支护和锚架与喷浆复合支护。第一种支护由于巷道布置在深部地层,地压活动强烈混凝土易炸皮放线,后期存在安全隐患且施工过程中掘进与支护相互影响,工序复杂,材料消耗多。第二种支护由于巷道断面大,施工难度高,且棚后不能做到充填密实,造成U型棚受力不均,巷修工程量大。综合比较各方面因素,南翼运输大巷优选锚杆、锚索、注浆联合支护形式。
一、锚杆、索、注浆支护的基本原理
锚杆、索、注浆是通过围岩内部发挥其支护作用的,就是变巷道被动支护为锚(注)喷支护体与围岩相互作用和共同承载的主动支护,通过锚网喷支护、壁后注浆形成并增厚组合拱,在加上锚索主动支护,使巷道支护与围岩成为一个整体起到共同承载的作用,提高巷道支护效果。
第一,锚杆的组合拱支护作用。在岩体巷道中,通过锚入一系列的锚杆,将破碎围岩锚固起来,提高其残余强度,在巷道围岩周边一定厚度范围内形成具有一定承载力和可塑性的组合拱结构体,而且能防止其上部岩体松动和变形。
第二,锚索的悬吊、减少跨度作用。预应力锚索是把锚索锚固入岩层深部并进行预加应力的施工技术,是一种传递主体结构的支护应力至深部稳定岩层的主动支护形式。
第三,注浆的粘结岩体作用。注浆是改变围岩自身结构应力状态,提高围岩承载力一项施工技术。全断面注浆后,浆液渗透到岩层裂隙之间,增加了破碎岩石之间的粘接力,岩层中形成一个强度比加固以前大的整体结构。
第四,喷层的封闭、钢筋网的联结作用。喷浆是将具有很高的粘结力和有较高强度的混凝土与围岩紧密结合,能在结合面上传递各种应力,再加上充填隔绝的作用的结果,提高围岩的稳定性和自身的支撑能力,因而把岩石载荷转化为岩石承载结构的作用。钢筋网的联结作用在于控制锚杆间围岩,提高喷层的抗变形能力。钢筋网与锚杆形成一个共同的整体,以维护组合拱厚度的有效性和可靠性。
二、南翼运输大巷概况
祁南煤矿三水平南翼运输大巷,全长1700m,位于地表下550m,断面15,横穿82、83、85三个采区,距南翼轨道大巷45m,服务期限20a。分为里外两段,其中外段位于82采区左翼,里段主要布置在83、85采区,82采区正在准备,83、85采区尚未开拓。根据地质资料分析,该巷道将穿DF30、BF1大断层,且有构造、层、节理及发育破碎,局部岩性为细砂岩与泥岩,巷道所处围岩为深部不稳定围岩,在72煤层底板下38m-54m范围内施工。
三、锚杆、锚索、注浆各项参数的确定
南翼运输大巷地压较大、地质条件复杂,巷道断面形状选用不同,周边应力分布状态也不同,拱形断面有利于提高围岩承载能力,改善支护效果,考虑到巷道使用、服务年限,因此断面形状选择承载力较强的圆拱直墙平底断面。
第一,锚杆选用D22mm无纵筋螺纹钢式树脂锚杆金属杆体,长度取2.4m和2.8m两种,间排距800mm×800mm,采取正菱形布置。
第二,锚索选用D18mm×6.3m,配合400mm×400mm反弧型大托盘使用,为获得最佳悬吊作用效果,锚索以垂直巷道顶板岩层层面安装最为有利,采用三・三布置方式,间排距1.6m×1.6m,每根锚索配置快速和中速树脂锚固剂各2卷。锚索要随打随装,可把当班安装的锚索集中一次进行张拉。
第三,注浆锚杆选用D25强力注浆锚杆,根据现场地质条件及施工经验,取长度2050mm,间排距1400mm×1400mm。
四、锚杆、索、注浆支护施工方法
第一,巷道光面爆破成型后,按要求刷至设计断面尺寸,按垂直巷道轮廓线打设锚杆+挂网,锚杆长度取2.4m,间排距800mm×800mm,钢筋网规格:1500mm×1000mm,喷浆进行封闭,喷厚100mm。一次支护断面,如图1所示:
第二,二次支护时间选择:要在围岩变形稳定后适时完成,给巷道围岩提供最终支护强度和刚度,二次支护时机,根据监测数据确定。
第三,二次支护采用GQ-22/2800超高强螺纹钢高强预应力锚杆加纵向M4钢带(长4000mm).加电弧焊钢筋网联合支护,铺网及喷浆要求同一次支护,锚杆间排距800mm×800mm,在第一层锚杆中间布置,采用150mm×150mmM型锚杆托盘。二次支护断面,如图2所示:
第四,按垂直巷道轮廓线打设采用强力注浆锚杆,规格为D20mm×2050mm,间排距1400mm×1400mm,底角按30°下扎打设。
第五,锚索要求紧跟二次支护施工,选用锚索D18mm×6500mm,反弧型400mm×400mm大托盘,间排距1600mm,每断面布置3套,中顶一根,距离中顶1600mm处各打一根,每根锚索配置快速和中速树脂锚固剂各2卷,喷浆厚度100mm。
第六,引进大功率双液注浆泵进行注浆,注浆终压达5.0MPa,注浆材料采用ACZ-1型水泥添加剂,水泥采用425#普通硅酸盐水泥,添加剂用量为水泥重量的4%-6%,浆液水灰比为0.7∶1-1∶1。喷射混凝土不仅能够提高巷道支护强度,而且具有很好的充填、隔绝作用。混凝土配合比:水泥∶黄砂∶石子=1∶2∶2,速凝剂按3%-4%掺加,厚度不得小于100mm,巷道要做到帮直拱圆。
五、技术效果分析
第一,从经济指标比较,巷道若采用锚架复合支护,每延米需要费用1950元,而现用锚锚注每延米费用1500元,节约450元。若采用锚(网)喷支护,每延米支护费用在1300元,在正常情况下在服务期限内至少有1/3需要翻修,综合比较每延米支护费用在1700元,每延米节约200元。
第二,保证安全效果分析,采用锚杆、锚索、注浆联合支护代替锚架复合支护,从根本上降低工人在运输过程中安全问题,降低工人在架棚过程中劳动强度。
第三,从支护效果上分析,锚架复合支护存在现场施工U型棚后充填不密实,造成支护受力不均匀,起不到复合支护效果,锚锚注支护能够提高巷道支护强度,为巷道长期使用提供有效保证。
六、结束语
锚杆、索、注浆联合支护是煤矿新兴的一项支护技术,尤其是应用在深部大断面巷道技术上,具有普遍适用性,产生了深刻的技术性变革,创造了巨大的经济效益和安全效益,通过在祁南煤矿成功的实践,提高巷道支护质量,降低成本,增加效益,说明此项技术是合理可行的,应积极推广应用。
参考文献:
1、王金华.我国煤巷锚杆支护技术的新发展[J].煤炭学报,2007(2).
2、康红普.煤巷锚杆支护动态信息设计法及其应用[J].煤矿开采,2002(1).
3、康红普,姜铁明,高富强.预应力在锚杆支护中的作用[J].煤炭学报,2007(7).
(作者单位:河南省平顶山市中平能化集团四矿)