煤矿深部软岩巷道围岩控制技术研究.pdf

煤矿深部软岩巷道围岩控制技术研究 摘 要：某煤矿+535 轨道石门在掘进期间底鼓明显，底鼓量达 900mm/月以上。经多次卧底修护，仍不能满足矿井基本建设需要。本文分析了该矿井下巷道底鼓的基本形式及影响因素，提出了采用底板锚杆与浇灌钢筋混凝土反底拱联合加固技术防治破碎软岩巷道底鼓的方法，对通过对试验段进行巷道位移观测，巷道平均底鼓量为 97mm，有效的解决了矿井深部极软岩巷道底鼓治理难题。关键词：深部巷道;底鼓;反底拱;钢筋混凝土;软岩 一、工程地质概况 矿井+535 轨道石门，巷道全长 860m，埋深 750m，采用锚网喷联合支护。巷道掘进过程中主要揭露了细砂岩和泥岩，抗压强度均在 717 MPa。岩石主要矿物成分为粘土矿物和石英，平均含量分别为 55%和 44%。其中粘土矿物主要是高岭石、伊/蒙混层和伊利石等矿物，平均含量依次为 44%、40%和 14%，矿物颗粒中间有较强的膨胀性，即遇水后颗粒水膜加厚、吸水性大、易软化、强度和稳定性差。+535 轨道石门在掘进期间，巷道变形严重，具体表现为底鼓、两帮收敛、肩窝下沉，拱顶喷浆体爆皮涨裂严重。巷道断面缩小平均 45%，轨道弯曲变形，不能通车，底板岩石泥化严重，给正常施工带来极大的安全隐患。每隔 15 天就要卧底、整理轨道一次，给掘进任务的完成带来很大难度。二、巷道底鼓原因分析 巷道内岩石的扩容、膨胀是引起巷道底鼓的主要原因。由于巷道所处的地质条件、底板围岩性质和应力状态的差异，主要以膨胀型底鼓和应力型底鼓两种形式存在。通过对现场底鼓情况进行分析，+535 轨道石门底鼓的主要影响因素：（一）由于巷道埋深较深，底板围岩与水膨胀，且随时间发生体积增大，局部有淋水的部位不断向巷道内鼓起。（二）由于矿井在初期设计时，巷道布置过于集中，造成压力叠加，也是造成巷道长时间底鼓的主要因素。（三）由于巷道底板围岩与水软化，整个底板围岩强度降低，根据井下巷道卧底时观察实际破坏状况表明，井下应力型底鼓主要显现为层状结构底板底鼓。（四）由于巷道未进行底板支护，巷道拱顶和两帮采用普通的锚网喷支护强度与深部地应力相比太小，所以巷道收敛变形严重，巷道多次返修后还是处于不稳定状态。三、反底拱支护设计及施工（一）巷道反底拱支护设计方案 针对以上情况，即在巷道底板进行浇灌钢筋混凝土反底拱支护设计试验。钢筋混凝土反底拱支护断面如图 1 所示。（一）反底拱支护设计为双层绑扎钢筋网，垂直于巷道方向的钢筋顺反底拱绑扎成弧形网，钢筋网使用 22 mm300mm300mm 螺纹钢纵、横捆扎。（二）混凝土标号 C20，混凝土配比为水泥：砂子：石子=1：2：2（体积比），水泥采用标号为 P.O32.5 普通硅酸盐水泥，砂子为含水率 4%6%的河沙，石子规格为 1020mm，拌料要严格按配比进行，要搅拌均匀。（三）反底拱掘挖成弧形，底拱中部至设计巷道混凝土底板上水平面垂直深度952mm。（四）反底拱垫层为在巷道底板加 100mm 生石灰垫层，生石灰垫层可以吸收底板水分，并使自身固化，形成有一定强度的隔离层。钢筋网不得直接接触巷道底板。（五）反底拱两帮预留刚筋可搭接多种刚性支护材料对巷道两帮及拱顶进行全断面支护。（六）为了减少巷道底板直接接触水源，巷道底板不预留水沟，采用分段集中水管排水。（二）施工工艺 采用人工放震动炮、配合风镐、手镐施工，采取分段掘挖、分段浇灌的方法施工，两班掘挖一班浇灌，快速施工。工艺过程：放炮松动垫实、加固轨道出矸清理打设底锚绑扎钢筋网紧固锚杆浇灌混凝土洒水养护加固巷道底脚、喷浆。四、应用效果 为了了解+535 轨道石门进行浇灌钢筋混凝土反底拱的支护效果，在试验巷道长度 100m 内采用十字布点法进行巷道位移观测。在 100m 试验段内每隔 20m 布置1 个测点，进行 2 个月的矿压观测，通过对试验段与未进行反底拱加固段的巷道表面位移观测结果进行对比，在底鼓未治理巷道内底鼓量为 1823mm，两帮移近量 1045mm，顶板下沉量 753mm。浇灌反底拱后，底鼓量为 97mm，此数据为试验段巷道个测点平均值。从试验段矿压观测结果分析，浇灌反底拱对治理该矿区深部极软岩巷道效果明显，减少了巷道重复卧底、修护对巷道围岩的再次破坏，减少了矿井基本建设费用投资，更减少了工人在掘进期间的劳动强度。钢筋混凝土治理软岩巷道底鼓技术，先后在该矿集中皮带机道、井底车场、主回风石门等主要巷道共计 3100m 巷道得到应用，且取得了良好的效果，加快了矿井建设的步伐。五、结语 软岩极软岩矿压与围岩控制是当今世界地下工程中最復杂的技术难题之一。随着矿井开采深度的增加，生产矿井软岩巷道管理困难，巷道大变形、大地压、底鼓严重，难支护，陷入重复投资、多次复修的困境。钢筋混凝土治理软岩巷道底鼓技术，解决了该矿煤矿的生产实际问题，对国内类似条件矿区也有借鉴意义。-全文完-