CN103195441A - 一种煤矿巷道支护固结构及其施工工艺 - Google Patents

一种煤矿巷道支护固结构及其施工工艺 Download PDF

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CN103195441A CN2013101108061A CN201310110806A CN103195441A CN 103195441 A CN103195441 A CN 103195441A CN 2013101108061 A CN2013101108061 A CN 2013101108061A CN 201310110806 A CN201310110806 A CN 201310110806A CN 103195441 A CN103195441 A CN 103195441A
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Abstract

本发明公开了一种煤矿巷道支护固结构及其施工工艺,它包括巷道,巷道的内壁上设置网格状的加筋层,加筋层的网格节点处设置锚杆,锚杆的内端锚固在巷道围岩内,外端设置锚固加筋层的锚盘和螺母,巷道的内壁上还设置覆盖加筋层和锚杆外端的砼喷浆层,巷道的围岩内设置注浆锚杆,巷道的围岩内还设置锚索,锚索的内端锚固在巷道的围岩内,锚索的外端通过托盘和张紧锁具锚固在砼喷浆层外侧;本发明以主动支护理念为指导将巷道围岩胶结成整体,在岩体内留置预应力、缓释迭加应力,进而不断提高软弱岩、煤体自身整体强度和稳定性,使巷道松动圈内的围岩形成趋于相对均质稳定的结构,从而实现在较长时间内增强和保护软弱岩巷道的目的。

Description

一种煤矿巷道支护固结构及其施工工艺
技术领域
[0001] 本发明属于地矿技术领域,具体涉及一种煤矿巷道加固技术,特别涉及一种以主动支护理念为指导将巷道围岩胶结成整体,在岩体内留置预应力、缓释迭加应力,进而不断提高软弱岩、煤体自身整体强度和稳定性,从而实现在较长时间内增强和保护软弱岩巷道的煤矿巷道支护固结构及其施工工艺。
背景技术
[0002] 随着社会的不断发展,社会能源需求的不断提高,煤炭作为主要的能源来源,其需求量越来越大。因此随着煤炭开采量和开采范围的不断增加,煤炭的开采条件也越来越困难。这造成矿井的深度不断增加,这样大埋深、构造应力、采动不均匀的叠加应力作用影响下的巷道十分显现,形成了 “小区域内高应力富含带”,且范围越来越多,在“小区域内高应力富含带”内的巷道支护,因受到其复杂地应力影响,目前的巷道支护方式很难保证巷道支护的稳定。有关统计数字表明,我国煤矿每年因向深层、复杂区域开采新增受复杂应力影响的软岩巷道达800km,而且有大量已有的软岩巷道支护因破坏严重需要修复。过去普遍采用砌碹和金属支架以及锚杆、锚索来解决巷道的支护问题,但对因复杂矿压影响大的巷道收效并不理想。而且有的巷道受上述影响,修复起来变得更加困难。严重影响着矿井的安全生产。
[0003]目前针对巷道的支护主要采取两种方式:锚喷支护和金属支架支护。我国自50年代开始尝试使用锚杆技术,70年代煤炭工业部将锚喷技术定为井巷支护的发展方向,对锚喷支护技术进行系统研究总结和锚索实践,促进了锚喷技术的应用研究。80年代出现了一些锚喷支护技术用于隧道软岩支护的成功范例,使锚喷技术得以巩固和发展。这些年来,锚喷技术有了长足进步,从早期的胀壳锚杆、倒楔锚杆、楔缝锚杆等机械锚杆过渡到锚固性能良好、适应性更为广泛的树脂锚杆、水泥药卷锚杆以及自进式锚杆等。喷层材料从原来的素砂浆水泥、素混凝土到研制出掺加各种纤维的具有一定柔度的纤维混凝土。通过掺加聚乙烯、丙烯、尼龙等结晶聚合物制成的复合纤维材料大大增加了喷层适应隧道软岩大变形的能力,通过掺加微硅等微细填充材料,增加了喷层与岩面的密贴性能与强度等。但是实践证明,锚杆支护难以满足软岩巷道大变形、高低应力的支护要求。对于软岩巷道松动范围大、岩体强度低的巷道,单纯使用锚杆支护难以使破碎岩块完全处于受压状态形成组合拱。要真正发挥锚杆的支护优势,必须从提高围岩的强度和变形模量入手,改变围岩的变形规律。在此基础上,使用了锚注式锚杆,也就是将锚杆杆体兼作注浆管,外锚内注,使锚杆和注浆各自适用范围得到扩展,提高了支护效果,但是现有的锚注方法均在巷道围岩的周身注浆,注浆的针对性很差,不能根据巷道围岩的受应力情况选择性的注浆,进而不能使围岩的受力趋于稳定,造成支护的效果很差,使用寿命短,维修周期短,耗资多。
[0004] 金属支架支护开始于80年代末期,随着矿井采深日益加大,软岩问题的日渐突出,锚喷支护技术的成效开始降低,矿井发生底鼓、片帮等大变形现象,U型钢可缩支架和高强混凝土弧板受到重视,并受到了良好的效果。U型钢可缩支架具有良好的断面和几何参数,搭接后可以缩让,不足的地方是支护强度仅为0.05〜0.1MPa,不能有效控制围岩变形,自身可缩量有限,在很小的压缩量下就会发生破坏。而高强混凝土弧板支架的承载力是U型钢支架的2倍,成本却不到U型钢支架的一半,但是其不足之处是壁后充填的缓冲层和预留变形层施工不配套,有时不能适应围岩的变形规律。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于解决现有技术的不足而提供一种以主动支护理念为指导将巷道围岩胶结成整体,在岩体内留置预应力、缓释迭加应力,进而不断提高软弱岩、煤体自身整体强度和稳定性,从而实现在较长时间内增强和保护软弱岩巷道的煤矿巷道支护固结构及其施工工艺。
[0006] 本发明的技术方案是:一种煤矿巷道支护固结构,包括巷道,所述的巷道的内壁上设置有网格状的加筋层,加筋层的网格节点处设置有锚杆,锚杆的内端锚固在巷道围岩内,锚杆的外端设置有用于将加筋层锚固在巷道内壁上的锚盘和螺母,巷道的内壁上还设置有覆盖加筋层和锚杆外端的砼喷浆层,巷道的围岩内设置有用于向巷道围岩裂隙内注入加固浆料以在巷道外侧形成加固组合拱的注浆锚杆,巷道的围岩内还设置有锚索,锚索的内端锚固在巷道的围岩内,锚索的外端通过托盘和张紧锁具锚固在砼喷浆层外侧。
[0007] 所述的加筋层为钢笆网,其通过锚杆固定在巷道的内壁。
[0008] 所述的加筋层为挂设在锚杆上的呈网状分布的钢丝绳。
[0009] 所述的加筋层包括钢笆网以及设置在钢笆网外侧且挂设在锚杆上的呈网状分布的钢丝绳。
[0010] 所述的注浆锚杆为中空结构,且其外壁设置有注浆孔。
[0011] 所述的煤矿巷道支护固结构的施工工艺包括以下步骤:
步骤1、采用巷道掘进机或者炮掘的方式掘进出巷道,并且使巷道净断面在巷道设计断面的基础上扩大10〜20%,并将虚浮在巷道内壁的破碎岩、煤清理干净,用风镐剥离巷道内壁的危石刷出巷道毛断面;
步骤2、首先将步骤I得到的巷道围岩发育一段时间,具体指:对于巷道围岩的中小松动圈发育3〜30天,对于巷道围岩的大松动圈发育30〜90天,然后在巷道的同一个截面上开设5〜7个检测孔,采用超声波围岩松动圈测试仪检测巷道围岩松动圈的形状、范围以及裂隙发育情况;
步骤3、对步骤2处理得到的巷道内壁上采用喷浆机均匀喷涂70〜80mm厚的第一层混凝土,保养24小时,防止混凝土因脱水而龟裂,根据步骤2检测出的巷道的围岩松动圈的形状、范围以及裂隙发育情况选择锚杆,定好锚杆眼位,打锚杆眼,钻眼后,用压风或压水技术将锚杆眼中的岩粉清除干净,放入锚固剂,插入锚杆,使锚杆固定在围岩内,在锚杆上挂钢丝绳或者在巷道内壁布置钢笆网,安装锚杆锚盘,使钢丝绳或者钢笆网紧贴巷道内壁,采用喷浆机均匀喷涂50〜70mm的第二层混凝土,保养24小时,防止混凝土因脱水而龟裂;步骤4、根据步骤2检测出的巷道的围岩松动圈的形状、范围以及裂隙发育情况选择注浆锚杆,定好注浆锚杆眼位,打注浆锚杆眼,钻眼后,用压风或压水技术将注浆锚杆眼中的岩粉清除干净,放入锚固剂,插入锚杆,使注浆锚杆固定在围岩内,用水泥药卷封眼,采用注浆机通过注浆锚杆向围岩内注浆,控制注浆压力为1.5〜3.0Mpa,单孔注浆时间为20〜30分钟,一旦相邻的注浆孔跑浆,立即停止注浆,注浆完成后及时封压和压紧注浆锚杆的托盘;所述的衆体为水泥和水的水灰比为0.7:1.0〜1: 1.0的水泥衆;
步骤5、对步骤4注浆完毕后,进行检测,对出现浆体凝结硬化所产生的收缩变形的部位再次注浆,以起到补注浆液再次加固的作用。
[0012] 所述的步骤3中的锚杆眼的间排距为700X700mm,锚杆的锚固长度为1000mm,锚固剂的环形厚度为5〜8mm,所述的钢丝绳为无油钢丝绳,钢丝绳的长度为纵向不小于10m,横向必须横贯除巷道底板以外的巷道全断面,两端钢丝绳之间的搭接长度不得小于400mm ;必须顺花压茬编花,压茬要紧固,茬口要光滑,钢丝绳按纵、横向分别通过每一块锚杆的锚盘,并且压紧绷直。
[0013] 所述的步骤3中使用的混凝土是由水分在2〜5%的拌和料和水制成,其中拌和料是由各组分按照以下重量配比制成:水泥I份、沙子2份、石子2份,喷涂混凝土时,要使喷浆机的喷枪嘴与岩面的夹角为75°〜90°,喷嘴距岩面的距离为0.9m〜1.2m,控制喷浆机的工作风压大于5Mpa、水压保持在I〜4Mpa。
[0014] 所述的步骤4中的注浆锚杆垂直于岩面,巷道顶部和两帮注浆锚杆眼的间排距为1500 X 1500mm,巷道底角注浆锚杆眼的排距为1500mm、距离巷道底板的高度不超过100mm、下扎角度为30°〜45。。
[0015] 本发明的有益效果:
本发明的煤矿巷道支护固结构首先采用锚杆和锚索对巷道围岩施加预应力进而形成支撑效果;然后再锚杆或者锚索上挂上钢丝绳或者通过锚杆或者锚索在巷道内壁上设置钢笆网,在钢丝绳或者钢笆网外侧喷涂混凝土,这样钢丝绳或者钢笆网提供韧性,混凝土层提供强度,进而形成对巷道内壁的保护;最后通过注浆锚杆对巷道围岩内的裂隙注浆补强,注浆时根据围岩裂隙的发育情况确定注浆量,使巷道松动圈内围岩趋于相对均质稳定的状态,在巷道的外侧形成受力均匀的加固组合拱。本发明的主要优越性表现以下几个方面:I)本发明的施工工艺简单、便于实施和推广,采用注浆锚杆注浆,可以利用浆液封堵围岩的裂隙,隔绝空气,防止围岩风化,且能防止围岩被水浸湿而降低围岩本身的强度,注衆后,将松散破碎的围岩胶结成整体,提高了岩体强度,实现利用围岩体本身作为支护结构的主要组成部分,配合锚喷支护,可以形成一个多层有效组合拱,即喷网绳组合拱、锚杆或者锚索压缩区组合拱及浆液扩散加固拱。扩大了支护结构的有效承载范围,提高了支护结构的整体性和承载能力。
[0016] 2)注浆后,使得砼喷浆层后的围岩被充填密实,保证荷载能均匀地作用在砼喷浆层和锚杆或者锚索与钢丝绳或者钢笆网组成的支撑上,避免出现应力集中而破坏支护体系,另外,注浆后使锚杆或者锚索的端锚变成全长锚固,这样将多层组合拱联成一个整体,形成共同承载,提高了锚固力和支护结构的整体性。
[0017] 3)注浆后使得作用在巷道拱顶上的压力能有效地传递到两帮,通过对巷巷道两帮的加固,又能把荷载传递到巷道底板。由于组合拱厚度的加大,能减小作用在巷道底板上的荷载集中度,从而减小巷道底板岩石中的应力,减弱巷道底板的塑性变形,减巷道底板臌量,增加了巷道的使用时间,延长了巷道的维修周期。
[0018] 4)对巷道的围岩内注浆后,使得巷道的总体支护结构面尺寸加大,围岩作用在支护结构上的载荷所产生的弯矩减小,降低了支护结构中产生的拉应力和压应力,因此能承受更大的载荷,提高了支护结构的承载能力,扩大了支护结构的适应性。
[0019] 5)注浆后的围岩整体性好,与原岩形成一个整体,在大结构应力作用下保持稳定而不易产生破坏。围岩注浆加固和锚喷支护形式相结合,不仅能改善围岩的状况和应力分布,而且大大缩小了围岩变形,减轻了支架承受的外载压力,改善了支架的受力状况。
[0020] 因此本发明的支护体系技术是以不断提升围岩自身强度等级和内聚力的全新主动动态支护理念为核心,采用砼喷浆层、钢丝绳或者钢笆网构造的加筋层,形成高强柔性封层,构建以注浆加锚杆为要旨的锚注支护体系。该支护体系技术形成的支护圈体,能够有效防止冲击地压发生时带来的巷道变形破坏对人员和设备的损坏,减轻事故程度,本发明的支护固技术是一个多层次、多结构和多功能的综合支护体系,它以主动支护理念为指导,以钢丝绳或者钢笆网作为加筋层、加筋层的外侧设置砼喷浆层形成高度密贴岩面的强韧封层结构为止浆垫和支护抗体,在稳压状态下向围岩内注进高强度水泥浆液,将松散软弱的岩煤体胶结成整体,并在巷道围岩体内预留带压浆液,以不断调整压力的注浆手段在岩体内留置预应力,缓释迭加应力和不断提高软弱岩、煤体自身整体强度和稳定性。从而实现在较长时间内增强和保护软弱岩巷道支护稳定性的目的要求。
附图说明
[0021]图1是本发明一种煤矿巷道支护固结构的结构示意图。
[0022] 图2是本发明的注浆锚杆的结构示意图。
[0023] 图中:1.巷道2.锚杆3.加筋层4.注浆锚杆4-1.注浆孔5.砼喷浆层
6.加固组合拱7.锚索。
具体实施方式
[0024] 下面结合附图对本发明的实施方式作进一步详细的描述:
如图1和2所示,一种煤矿巷道支护固结构,包括巷道I,所述的巷道I的内壁上设置有网格状的加筋层3,加筋层3的网格节点处设置有锚杆2,锚杆2的内端锚固在巷道I围岩内,锚杆2的外端设置有用于将加筋层3锚固在巷道I内壁上的锚盘和螺母,巷道I的内壁上还设置有覆盖加筋层3和锚杆2外端的砼喷浆层5,巷道I的围岩内设置有用于向巷道I围岩裂隙内注入加固浆料以在巷道I外侧形成加固组合拱6的注浆锚杆4,巷道I的围岩内还设置有锚索7,锚索7的内端锚固在巷道I的围岩内,锚索7的外端通过托盘和张紧锁具锚固在砼喷浆层5外侧。
[0025] 所述的加筋层3为钢笆网,其通过锚杆2固定在巷道I的内壁。
[0026] 所述的加筋层3为挂设在锚杆2上的呈网状分布的钢丝绳。
[0027] 所述的加筋层3包括钢笆网以及设置在钢笆网外侧且挂设在锚杆2上的呈网状分布的钢丝绳。
[0028] 所述的注浆锚杆4为中空结构,且其外壁设置有注浆孔4-1。
[0029] 所述的煤矿巷道支护固结构的施工工艺包括以下步骤:
步骤1、采用巷道掘进机或者炮掘的方式掘进出巷道,并且使巷道净断面在巷道设计断面的基础上扩大10〜20%,并将虚浮在巷道内壁的破碎岩、煤清理干净,用风镐剥离巷道内壁的危石刷出巷道毛断面; 步骤2、首先将步骤I得到的巷道围岩发育一段时间,具体指:对于巷道围岩的中小松动圈发育3〜30天,对于巷道围岩的大松动圈发育30〜90天,然后在巷道的同一个截面上开设5〜7个检测孔,采用超声波围岩松动圈测试仪检测巷道围岩松动圈的形状、范围以及裂隙发育情况;
步骤3、对步骤2处理得到的巷道内壁上采用喷浆机均匀喷涂70〜80mm厚的第一层混凝土,保养24小时,防止混凝土因脱水而龟裂,根据步骤2检测出的巷道的围岩松动圈的形状、范围以及裂隙发育情况选择锚杆,定好锚杆眼位,打锚杆眼,钻眼后,用压风或压水技术将锚杆眼中的岩粉清除干净,放入锚固剂,插入锚杆,使锚杆固定在围岩内,在锚杆上挂钢丝绳或者在巷道内壁布置钢笆网,安装锚杆锚盘,使钢丝绳或者钢笆网紧贴巷道内壁,采用喷浆机均匀喷涂50〜70mm的第二层混凝土,保养24小时,防止混凝土因脱水而龟裂;步骤4、根据步骤2检测出的巷道的围岩松动圈的形状、范围以及裂隙发育情况选择注浆锚杆,定好注浆锚杆眼位,打注浆锚杆眼,钻眼后,用压风或压水技术将注浆锚杆眼中的岩粉清除干净,放入锚固剂,插入锚杆,使注浆锚杆固定在围岩内,用水泥药卷封眼,采用注浆机通过注浆锚杆向围岩内注浆,控制注浆压力为1.5〜3.0Mpa,单孔注浆时间为20〜30分钟,一旦相邻的注浆孔跑浆,立即停止注浆,注浆完成后及时封压和压紧注浆锚杆的托盘;所述的衆体为水泥和水的水灰比为0.7:1.0〜1: 1.0的水泥衆;
步骤5、对步骤4注浆完毕后,进行检测,对出现浆体凝结硬化所产生的收缩变形的部位再次注浆,以起到补注浆液再次加固的作用。
[0030] 所述的步骤3中的锚杆眼的间排距为700X700mm,锚杆的锚固长度为1000mm,锚固剂的环形厚度为5〜8mm,所述的钢丝绳为无油钢丝绳,钢丝绳的长度为纵向不小于10m,横向必须横贯除巷道底板以外的巷道全断面,两端钢丝绳之间的搭接长度不得小于400mm ;必须顺花压茬编花,压茬要紧固,茬口要光滑,钢丝绳按纵、横向分别通过每一块锚杆的锚盘,并且压紧绷直。
[0031] 所述的步骤3中使用的混凝土是由水分在2〜5%的拌和料和水制成,其中拌和料是由各组分按照以下重量配比制成:水泥I份、沙子2份、石子2份,喷涂混凝土时,要使喷浆机的喷枪嘴与岩面的夹角为75°〜90°,喷嘴距岩面的距离为0.9m〜1.2m,控制喷浆机的工作风压大于5Mpa、水压保持在I〜4Mpa。
[0032] 所述的步骤4中的注浆锚杆垂直于岩面,巷道顶部和两帮注浆锚杆眼的间排距为1500 X 1500mm,巷道底角注浆锚杆眼的排距为1500mm、距离巷道底板的高度不超过100mm、下扎角度为30°〜45。。
[0033] 具体实施例1
本发明在平顶山煤业集团五矿的应用:
1、施工简介:平顶山煤业集团五矿己三下延采区共五条下山,即皮带暗斜井下段、轨道下延下山、皮带下延下山、东翼回风下山、西翼回风下山底臌变形严重,支护失修。尤其是轨道下延下山及下车场,平均巷修周期为一年,严重地段不到一年就无法满足安全运输需要。
[0034] 造成平顶山煤业集团五矿已三采区轨道下延下山破坏主要因素有以下几个方面原因:
(1)巷道的围岩本身比较软弱,巷道布置居于软岩和煤层层位中;
(2)巷道遭受到反复采动影响; (3)由于周围煤层基本采完,形成较为明显的孤岛压力;
(4)此区域多条巷道布置在这里,巷道之间压力反复传递的相互影响。
[0035] 2、针对现场状况对要建立的支护体系的总体要求:
(O强化封层的可靠性,达到确保注浆效果的目的;
(2)认真开挖好底角的泄压槽,确保注浆通道畅通;
(3)严格布控注浆、复注浆和浅、深结合的注浆关键技术和相关工序;
(4)强化监测监控,确保适时动态注浆不断恢复巷道支护体系的工作阻力;
(5)采用高标号水泥喷浆(425号水泥)和注浆(425号水泥以上的专用水泥为好);
(6)强调一年期内的监测监控和适时动态至关重要的复注工作。
[0036] 3、施工部件的选择:
O第一层锚杆5全喷衆层的支护参数:
(I)、锚杆
a、锚杆长度为2200〜2400 mm、; b、锚杆间排距为:700X700mm;
C、锚杆杆体采用本矿正常使用的螺纹钢锚杆。
[0037] (2)、砼喷浆层
a、第一,二次喷层厚度分别为80mm、60mm,喷层总厚度在140mm以上;
b、砂浆中的水泥、黄砂、石子比例为:1:2:1.5。速凝剂与水泥比例为:3%。
[0038] (3)、钢丝绳
采用废旧钢丝绳(5〜7〃的6股钢丝绳,破开用其中的2股),要求纵向应在10米以上;横向为巷道除底板外的巷道周边边长的长度。
[0039] (4)、托盘
托盘采用6_厚的钢板制作而成,用生铁铸要认真铸造,防止其脆性断裂,造成锚杆脱锚,失去托锚力而使锚杆空悬,失去锚杆的关键作用。
[0040] 2)第二层锚杆砼喷浆层的支护参数:
(I)、锚杆
a、锚杆长度为2400 mm ,;
b、锚杆间排距为:700X700mm;
C、锚杆杆体采用本矿正常使用的螺纹钢锚杆。
[0041] (2)、砼喷浆层
a、第三次喷层厚度60mm ;
b、砂浆中的水泥、黄砂、石子比例为:1:2:1.5。速凝剂与水泥比例为:3〜5%。
[0042] (3)、钢丝绳
采用废旧钢丝绳同上;断面过大(12 m2以上)除加钢丝绳外同时可加铺150X 150mm的钢筋网。
[0043] (4)、托盘
托盘采用6_厚的钢板制作而成,用生铁铸要认真铸造,防止其脆性断裂,造成锚杆脱锚,失去托锚力而使锚杆空悬,失去锚杆的关键作用。
[0044] 3)锚注锚杆的技术参数: (I)、注衆锚杆
a、注浆锚杆的间排距,第一层注浆锚杆的间排距设计为1400X 1400 mm ;第二层注浆锚杆的间排距设计为1600X1600 mm;
b、锚杆规格为Φ 22X2000mm,采用6",壁厚4mm,黑铁管制作;
C、第一层注浆锚杆长度设计为1600〜1800 mm ;第二层注浆锚杆长度设计为2000〜2200mm ;杆体上在螺纹800mm以下,顺序按150X150 mm ;三向钻有Φ6〜8mm注浆孔。
[0045] 4 )注浆浆液和浆液配比
注浆材料的选取主要考虑下列原则:浆液的结石体最终强度高;浆液结石率高,与煤岩具有良好的粘附性;浆液流动性好,配比易调;浆液具有足够的稳定性,浆液成本低廉无毒无味。实践证明,高强度水泥是性能好,材料来源广泛,价格合理的浆液主材料。所以注浆材料采用525 #以上的水泥来制作浆液。
[0046] a、设计按高标号水泥525 # (新标号425)以上的水泥:除有淋水外一般不加速速凝剂,以确保浆液凝固后的长期强度;
b、浆液水灰比,第一次注浆浆液配比取1:0.6〜0.8 ;第二次注浆浆液配,应略小于一次注浆浆液浓度;取1:0.8〜1.0 ;
C、浆液应采用机械搅拌,以保证浆液搅拌力度;人工要认真负责,且搅拌力度以测定浆液浓度和粘度来保证质量;
d、浆和浆液要虑尽渣滓,确保注浆效果。
[0047] 5)注浆量
由于围岩裂隙发育,松动范围的不均匀性和围岩岩性的差异,围岩吸浆量差别较大,所以本着既有效地加固围岩达到一定的扩散半径,又要节省注浆材料和注浆时间的原则。
[0048] a、第一次注浆量可控制在4〜6袋水泥;(根据现场实际巷道位移状态及打眼遇到特殊情况,以不跑浆为限制可适当提高注浆量)。
[0049] b、第二次注浆量一般可控制在3〜4袋水泥,但压力达不到注浆终压要求应以满足注浆压力要求为止。
[0050] 6)注浆压力
a、第一次注衆终压可控制在1.5〜2.0 Mpa0
[0051] b、底角的注浆压力要高于顶板和两帮部注浆压力一般控制在2.0〜3.0Mpa。
[0052] C、第二次注浆压力应高于第一次注浆压力,注浆终压可控制在2.5〜3.0Mpa0
[0053] 4、相关参数的要求
I)、巷道预留断面及设计:为确保巷道有效使用断面,并能给围岩的移变空间,巷道的掘进毛断面,应大于设计净断面,顶与每邦为100〜150mm。以确保二次注浆的预留断面。
[0054] 2)、巷道监测量测监控的设计:在复杂地压、地应力反复作用下的巷道测量监控点,每个断面应有3〜5个测定点;巷道监控点距在10〜15米之间。
[0055] 3)、注浆工序实施时间安排
a注浆时间安排首先根据巷道移变量确定:新掘巷道移变量达到80〜120mm,就应注浆(考虑巷道围岩的可注性);修复巷道移变量达到30〜50mm就可以注浆。
[0056] b新掘巷道时间控制上,可定为20〜40天,既可保证巷道施工的平行作业空间,也给有对围岩移变观测时间;修复巷道控制在15〜20天就可以安排注浆。[0057] c注浆工序实施时间的安排,一定要在监测监控移巷道围岩变量的基础上,掌握到一定的巷道围岩移变规律,并且要在确保安全得到可靠保证情况下进行锚注支护施工。
[0058] d、复注时间一是移变量控制:同样新掘巷道移变量达到80〜120mm,就应再次复注浆;修复巷道移变量达到30〜50mm就可以注浆;二是、巷道比较稳定可以时间而定复注工作,在巷道工程结束前(6〜12个月)统一复注浆。
[0059] 4)、坚持专人、专工具量测;专人记录,记录本专用。
[0060] 5、施工效果
平顶山煤业集团五矿己三下延采区扩修,通过实施本发明“支护固”整体控制支护技术,实现了支护抗力与巷道围岩变形的同步,多重注浆也使巷道的破碎围岩在锚网梁喷初级支护后很快胶结为一体,有效的提高了巷道围岩自身承载能力,改善了破碎围岩内部的应力环境,使巷道变形得到了有效控制,保证了平煤股份五矿己三下延采区的稳定性,为矿井的安全高效生产创造良好的条件。
[0061] 具体实施例2
本发明在平顶山煤业集团十一矿的应用:
1、工程简介:平顶山煤业集团十一矿自2008年以来,该段巷道收敛变形严重,已先后经过两次开帮重新锚网喷支护,多次拉低,目前巷道实际高度2.3米至2.5米,实际宽度3.2米至3.4米,其中突出表现的巷道底鼓特别严重;已十分突出制约采区的总回风巷的回风风量,影响安全生产。特别让我们深有 认识的是此区域的不均等的水平应力,使上帮的移近量是下帮的数倍。
[0062] 2、针对现场状况对要建立的支护体系的总体要求:
a、加大置换底板力度,在底角开挖泄压槽的同时,增加开挖两个底板泄压槽;
b、针对不均衡水平应力,施工中采取放炮泄压的技术措施;
C、由于水平应力较大除巷道预控断面合理掌控,同时延长第一次注浆时间至一个月后,确保第一次注浆效果应对变化复杂的水平应力;
d、严把支护的一道工序强韧封层的设计和施工,确保后续各支护单元的支护功能的充分发挥;
e、认真执行稳压注浆的各项要求,确保注浆胶结效果;同时对动态注浆要确实及时掌
控;
f、喷浆和注浆水泥都要尽量采用高标号的水泥,以确保支护层质量和胶结圈体的强
度;
g、切实把握好一年期内的监测监控和适时动态至关重要的复注工作。
[0063] 3、施工方案
采用多层支护技术,其施工工艺过程:掘出荒断面(修护为:刷大清理剥离危石)一初喷80mm厚混凝土一打普通顶帮锚杆挂绳及上托盘一复喷80mm打注浆锚杆孔一安装注浆锚杆一注底角注浆锚杆一注两帮注浆锚杆一注拱部注浆锚杆一复喷80_厚混凝土一打普通顶邦锚杆挂绳和网混合及上托盘一喷60mm — 二复注(控制在5〜6米距离)。第三次注浆定于全交叉点施工完毕后进行。
[0064] 4、施工效果
“支护固”整体控制技术在十一矿的成功应用,分显示了“支护固”整体控制技术的优势,也用实践证明了该技术的可行性和可靠性。此项技术为十一矿带来了显著的生产效益和社会效益,矿井的高效生产创造良好的条件。
[0065] 具体实施例3
本发明在平顶山煤业集团一矿的应用:
1、工程简介:随着开采深度的不断增加,矿井资源开采的条件也越来越困难。深部矿井开采带来的困难巷道支护稳定性之问题难以攻克,尤其是大埋深、复杂构造和采动压力下的叠加压力,巷道的支护更加困难。这些压力分别有时间快慢差异、力的大小和方向差异等情况所导致的,因此是不等时、不均匀的叠加压力组合。在这种不均匀的叠加压力作用下,巷道支护还经常会遭到反复的破坏,因而要让巷道支护保持稳定也就越来越困难。
[0066] 2、针对现场状况提出建立的支护体系:以强韧封层、密贴封闭围岩,稳压注浆胶结节理发育的松散复合围岩体,不断提升围岩岩体强度、通过“预控置换激隙卸压构建均质同性围岩支护圈体技术”改变围岩应力状态,充分调动围岩自身承载能力,实现真正的主动、动态和立体支护体系,达到有效控制巷道变形的锚注支护。即先挑顶、刷帮到设计毛断面规格要求,再进行喷射砼,打锚杆、挂绳、再喷射砼、挂绳或网、复喷、注浆、复喷、复注的软岩巷道支护施工方法。
[0067] 3、施工部件的选择:
O螺纹钢高强锚杆:Φ 22 mm、长度为2.0m,2.4m,或螺纹钢等强锚杆:Φ 20mm、长度为
2.0m,2.4mο 锚杆间排距:700X700mm。
[0068] 2)注浆锚杆Φ22 mm, 1.8m,2.4 m,注浆锚杆间排距1.5X1.5m。复注的锚杆间排距 1.8 X 1.8 m, Φ 22 mm,长度为 1.8 m、2.4 m。
[0069] 3)钢丝绳:按锚杆700X700mm间排距纵横挂好钢丝绳,二次挂绳绳距可加为350 X 350mm,并绷紧、压紧使其紧贴岩面。
[0070] 4)喷射轮:厚度:初次喷80mm,复喷70mm,再复喷40 mm。水泥:注衆用42.5(原525)号;喷浆用32.5 (原425)号。速凝剂:占水泥重量3〜5%。红矸粉重量:水泥:红矸粉=1: 3。
[0071] 4、施工工艺:刷邦一喷衆一打锚杆一挂绳一复喷一打注衆锚杆一注衆一复注一清
理一成巷。
[0072] 5、主要支护技术参数
I)巷道基本几何尺寸要严格把握好。巷道最终断面为使用断面106%以上(巷道毛断面为[!高 200mm + 200mm + 3500mm=3900mm;宽 200mm + 200mm X 2 + 4800mm=5400mm),以保
证巷道修复后应力重新分部造成巷道断面微变形,实现二次注浆最佳效果,不影响巷道有效断面,确保二次注浆所需用的断面和巷道正常使用断面。
[0073] 2)施工顺序:巷道挑顶、刷邦后,随即进行初喷砼临时支护,喷厚80mm ;打锚杆挂钢丝绳后再进行复喷70mm,复喷滞后3〜5m。复喷完成后即进行注浆(固定顶板的注浆锚杆除外)。
[0074] 3)注浆锚杆采用Φ 22mm、长度1800mm、2400mm,间排距1500 X 1500mm,一次注浆完
成后,需对不稳定的巷道进行二次补注。注浆前根据监测监控的具体情况,对巷道位移速度明显和喷层崩裂处进行适时补喷复注,达到补强强化围岩稳定巷道支护的技术效果。
[0075] 4)树脂锚杆:采用直径Φ 22mm长度为2.0m,2.4m高强螺纹钢树脂锚杆,或采用直径Φ 20mm、长度为2.0m,2.4m等强螺纹钢树脂锚杆,每根锚杆用树脂药卷2〜3卷,树脂锚杆间、排距700 _X700mm。
[0076] 5)钢丝绳:采用4〜6分的废旧钢丝绳,按锚杆间、排距纵横挂好后,再进行二次喷射砼。
[0077] 6)注浆:
®顶、帮注浆锚杆:顶帮注浆锚杆规格为Φ 22mm、长度为1.8m、2.4m,采用6分黑铁管
制作,壁厚4_,杆体上顺序钻有Φ6_注浆孔,封孔采用快硬水泥药卷。巷道全断面布置注浆锚杆,间、排距1500mm X 1500mm。
[0078] @底角注浆锚杆:底角注浆锚杆规格同顶、帮锚杆,排距1500mm,下扎角度30°〜45° ,底角锚杆孔口低于底板100mm。
[0079] ©复注锚杆规格为Φ22 mm、长度为1.8m,2.4m,间、排距1800 mmX 1800mm ;视其
围岩移近量而定。
[0080] ©托盘:托盘采用6mm厚的钢板制作而成。
[0081] ③注浆参数:
a、水灰比:
注浆材料是注浆技术中一个不可分割的部分,浆液的可注性及其力学性能是决定注浆效果的关键因素,注浆材料的成本及浆液消耗量的大小又决定了注浆加固技术经济上的合理性。因此,注浆材料的选取是巷道注浆加固能否成功的先决条件。
[0082] 注浆材料的选取主要考虑下列原则:浆液的结石体最终强度高;浆液结石率高,与软岩具有良好的粘附性;浆液流动性好,配比易调;浆液具有足够的稳定性,故注浆材料采用普通硅酸盐42.5 (原525)#水泥。浆液水灰比为0.7:1〜1:1。
[0083] b、注浆量:
对于单孔而言,为了保证合理注浆量,一是控制泵压在围岩内泵压达到1.5〜2.5MPa时应停止注浆;二是根据相邻钻孔跑浆量来定,相邻钻孔一旦跑衆,应及时封邻孔或停止注浆。
[0084] 根据多年注浆实践,在十数个矿巷道中注浆经验注入量,每孔按8〜12袋水泥(每袋水泥50kg)为适中,第一次注浆量约每米2.7t ;为保证注浆在大跨度、高压力和有冒落状况下巷道的质量,复注是非常必要的,复注量一般为一次注浆量的60%,复注量约为
1.2t。
[0085] C、注浆压力:注浆压力根据以往经验,注浆压力为1.5〜2.5MPa,最大注浆压力为
2.5MPa,低角孔注浆压力可加到2.5〜3.0MPa0
[0086] d、注浆时间
为了防止注浆在弱面浆液扩散较远,造成跑漏现象,在控制注浆压力和注浆量的同时,必须控制注衆时间,一般为30〜40min。[0087] e、施工工艺:
施工工艺为:打注浆锚杆孔一安装注浆锚杆一注底角注浆锚杆一注两帮注浆锚杆一注拱部注浆锚杆一在监测监控移变量的基础上,巷道浆皮有挤裂现象,再补喷50mm厚砼一复注。
[0088] @注浆泵的控制:根据巷道注浆变化情况,即时开、停注浆泵,并时刻注意观察注浆泵的注浆压力,以免发生堵塞崩管现象。
[0089] ©孔口管路连接:应注意前方注浆情况,及时发现漏浆、堵管等事故,并掌握好注浆量及注浆压力,及时拆除和清洗注浆阀门。
[0090] 综上所述,“支护固”整体围岩控制技术,采用多层级、多结构和多功能支护体系,以人工编制的钢丝绳网为骨架进行砼支护,达到强韧封层,密贴岩面,护帮护顶的目的,再对已封闭的围岩利用自闭式注浆锚杆和中空注浆锚索进行浅部、深部交叉、重复注浆,改变松动圈内围岩松散破碎、整体性差的状况,以提高围岩的整体性和强度,使破碎的围岩胶结成均质的统一整体,达到提高围岩抵抗力的目的,保证巷道的稳定性。

Claims (9)

1.一种煤矿巷道支护固结构,包括巷道,其特征在于:所述的巷道的内壁上设置有网格状的加筋层,加筋层的网格节点处设置有锚杆,锚杆的内端锚固在巷道围岩内,锚杆的外端设置有用于将加筋层锚固在巷道内壁上的锚盘和螺母,巷道的内壁上还设置有覆盖加筋层和锚杆外端的砼喷浆层,巷道的围岩内设置有用于向巷道围岩裂隙内注入加固浆料以在巷道外侧形成加固组合拱的注浆锚杆,巷道的围岩内还设置有锚索,锚索的内端锚固在巷道的围岩内,锚索的外端通过托盘和张紧锁具锚固在砼喷浆层外侧。
2.根据权利要求1所述的煤矿巷道支护固结构,其特征在于:所述的加筋层为钢笆网,其通过锚杆固定在巷道的内壁。
3.根据权利要求1所述的煤矿巷道支护固结构,其特征在于:所述的加筋层为挂设在锚杆上的呈网状分布的钢丝绳。
4.根据权利要求1所述的煤矿巷道支护固结构,其特征在于:所述的加筋层包括钢笆网以及设置在钢笆网外侧且挂设在锚杆上的呈网状分布的钢丝绳。
5.根据权利要求1所述的煤矿巷道支护固结构,其特征在于:所述的注浆锚杆为中空结构,且其外壁设置有注浆孔。
6.一种如权利要求1〜5任一所述的煤矿巷道支护固结构的施工工艺,其特征在于:所述的煤矿巷道支护固结构的施工工艺包括以下步骤: 步骤1、采用巷道掘进机或者炮掘的方式掘进出巷道,并且使巷道净断面在巷道设计断面的基础上扩大10 〜20%,并将虚浮在巷道内壁的破碎岩、煤清理干净,用风镐剥离巷道内壁的危石刷出巷道毛断面; 步骤2、首先将步骤I得到的巷道围岩发育一段时间,具体指:对于巷道围岩的中小松动圈发育3〜30天,对于巷道围岩的大松动圈发育30〜90天,然后在巷道的同一个截面上开设5〜7个检测孔,采用超声波围岩松动圈测试仪检测巷道围岩松动圈的形状、范围以及裂隙发育情况; 步骤3、对步骤2处理得到的巷道内壁上采用喷浆机均匀喷涂70〜80mm厚的第一层混凝土,保养24小时,防止混凝土因脱水而龟裂,根据步骤2检测出的巷道的围岩松动圈的形状、范围以及裂隙发育情况选择锚杆,定好锚杆眼位,打锚杆眼,钻眼后,用压风或压水技术将锚杆眼中的岩粉清除干净,放入锚固剂,插入锚杆,使锚杆固定在围岩内,在锚杆上挂钢丝绳或者在巷道内壁布置钢笆网,安装锚杆锚盘,使钢丝绳或者钢笆网紧贴巷道内壁,采用喷浆机均匀喷涂50〜70mm的第二层混凝土,保养24小时,防止混凝土因脱水而龟裂; 步骤4、根据步骤2检测出的巷道的围岩松动圈的形状、范围以及裂隙发育情况选择注浆锚杆,定好注浆锚杆眼位,打注浆锚杆眼,钻眼后,用压风或压水技术将注浆锚杆眼中的岩粉清除干净,放入锚固剂,插入锚杆,使注浆锚杆固定在围岩内,用水泥药卷封眼,采用注浆机通过注浆锚杆向围岩内注浆,控制注浆压力为1.5〜3.0Mpa,单孔注浆时间为20〜30分钟,一旦相邻的注浆孔跑浆,立即停止注浆,注浆完成后及时封压和压紧注浆锚杆的托盘;所述的衆体为水泥和水的水灰比为0.7:1.0〜1: 1.0的水泥衆; 步骤5、对步骤4注浆完毕后,进行检测,对出现浆体凝结硬化所产生的收缩变形的部位再次注浆,以起到补注浆液再次加固的作用。
7.根据权利要求6所述的煤矿巷道支护固结构的施工工艺,其特征在于:所述的步骤3中的锚杆眼的间排距为700 X 700_,锚杆的锚固长度为1000mm,锚固剂的环形厚度为5〜8mm,所述的钢丝绳为无油钢丝绳,钢丝绳的长度为纵向不小于10m,横向必须横贯除巷道底板以外的巷道全断面,两端钢丝绳之间的搭接长度不得小于400mm ;必须顺花压茬编花,压茬要紧固,茬口要光滑,钢丝绳按纵、横向分别通过每一块锚杆的锚盘,并且压紧绷直。
8.根据权利要求6所述的煤矿巷道支护固结构的施工工艺,其特征在于:所述的步骤3中使用的混凝土是由水分在2〜5%的拌和料和水制成,其中拌和料是由各组分按照以下重量配比制成:水泥I份、沙子2份、石子2份,喷涂混凝土时,要使喷浆机的喷枪嘴与岩面的夹角为75°〜90°,喷嘴距岩面的距离为0.9m〜1.2m,控制喷浆机的工作风压大于5Mpa、水压保持在I〜4Mpa。
9.根据权利要求6所述的煤矿巷道支护固结构的施工工艺,其特征在于:所述的步骤4中的注浆锚杆垂直于岩面,巷道顶部和两帮注浆锚杆眼的间排距为1500X1500mm,巷道底角注浆锚杆眼的排距为1500mm、距离巷道底板的高度不超过100mm、下扎角度为30°〜,4 5。。
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