煤礦軟巖治理關(guān)鍵技術(shù)研究應用西翼軌道巷底臌治理支護設(shè)計方案.doc

此文檔收集于網(wǎng)絡，如有侵權(quán)，請聯(lián)系網(wǎng)站刪除國家重點基礎(chǔ)研究計劃973項目現(xiàn)場科學試驗工程亭南煤礦軟巖治理關(guān)鍵技術(shù)及應用研究西翼軌道大巷（試驗段）底臌治理支護設(shè)計方案國家重點基礎(chǔ)研究計劃973項目課題組淄博礦業(yè)有限責任公司亭南煤礦中國礦業(yè)大學（北京）巖土工程研究中心 二八年十二月此文檔僅供學習與交流項目負責人淄博礦業(yè)集團： 中國礦業(yè)大學（北京）：馬厚亮 董事長、教授級高工 何滿潮 院長、教授、博導技術(shù)負責人淄博礦業(yè)集團： 中國礦業(yè)大學（北京）：張文 副總經(jīng)理、高工 孫曉明 副教授、博士 亭南煤業(yè)公司：趙慶民 總工、高工項目主要研究人員淄博礦業(yè)集團研究人員： 中國礦業(yè)大學（北京）研究人員：張 文 副總經(jīng)理、高工 何滿潮 院長 教授 博導趙慶民 總工、高工 孫曉明 所長 副教授 博士呂 強 副總工、高工 郭志飚 博士后高匯齋 工程師 張 浩 高 工陳方明 副科長 李國峰 博士后杜 林 技術(shù)員 張國鋒 博士研究生 王 炯 博士研究生 賈云東 碩士研究生 王福強 碩士研究生目 錄前言1第一部分 支護設(shè)計圖紙2一東翼軌道大巷斷面支護設(shè)計圖3二鋼筋網(wǎng)加工圖4三聯(lián)網(wǎng)器加工圖5四錨桿（索）托盤加工圖6第二部分 支護設(shè)計方案7一支護設(shè)計8二支護設(shè)計參數(shù)表8第三部分 施工過程設(shè)計9一施工過程設(shè)計10二施工工藝要求11三注意事項12四973項目科研組織管理原則13第四部分 支護監(jiān)測設(shè)計方案14一支護監(jiān)測目的及內(nèi)容15二巷道圍巖表面位移觀測16三錨桿受力監(jiān)測16四監(jiān)測儀器及數(shù)量18五數(shù)據(jù)處理及日常監(jiān)測記錄表18前 言亭南礦井位于彬長礦區(qū)中部，緊靠312國道，交通便利。初步設(shè)計井田面積33.82km2，主采侏羅系8號煤層，煤層平均厚度8.29m，地質(zhì)儲量39883萬噸，可采儲量18429萬噸，煤質(zhì)為中灰、特低硫、低磷、中高發(fā)熱量的優(yōu)質(zhì)煙煤，屬不粘煤31號，煤層傾角2-7度。煤層有自燃發(fā)火傾向，煤塵有爆炸危險性，礦井初步設(shè)計按高瓦斯礦井，水文地質(zhì)條件為中等類型，預計正常涌水量360 m3/h，最大涌水量560 m3/h。礦井設(shè)計采用一對立井單水平開拓全井田，井口標高+856.3m，井底車場水平為+455m，沿煤層走向布置三條大巷，全井田劃分為四個盤區(qū)；采用單一傾斜長壁采煤法以綜采放頂煤為主的采煤工藝，現(xiàn)回采工作面長度120m，推進長度850m。亭南礦區(qū)的煤系地層屬中生界侏羅系地層，埋深在460550m之間，成巖相對較差，含膨脹性礦物，該區(qū)侏羅系的地層中，泥質(zhì)巖石的強度為16MPa，而煤層強度為36MPa，泥質(zhì)巖石的強度低于煤層強度是本區(qū)巖石力學強度的一個顯著特點。底板鋁質(zhì)泥巖暴露后發(fā)生底臌。底板巖石暴露以后，和空氣中的水分子發(fā)生作用，容易風化、軟化、裂隙化，強度隨著暴露的時間而降低。一盤區(qū)東翼軌道巷、西翼軌道巷、西翼膠帶巷、西翼回風巷等巷道，均出現(xiàn)了嚴重底臌問題，屢次返修都不能很好的治理巷道底臌，給支護與開采帶來了很大的困難，嚴重影響全礦的正常運輸和安全生產(chǎn)。針對亭南礦區(qū)軟巖工程的巖石強度低、易底臌等特點，本項目將研究適合亭南礦區(qū)的軟巖支護理論、設(shè)計方法與配套技術(shù)，為高產(chǎn)高效提供技術(shù)保障，實現(xiàn)亭南煤礦全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)的發(fā)展，結(jié)合國家科技部重大研究計劃973項目“深部煤炭資源賦存規(guī)律及安全開發(fā)基礎(chǔ)研究”批準立項的機遇，選定亭南礦區(qū)典型軟巖工程作為國家科技部重大研究計劃973項目現(xiàn)場示范工程，本次試驗工程以亭南煤礦西翼軌道大巷為研究對象，針對研究區(qū)域的工程地質(zhì)條件，課題組進行了巷道變形破壞機理、物化成分和微觀結(jié)構(gòu)等方面的系統(tǒng)研究，提出了東翼軌道巷的底臌治理支護設(shè)計方案。第一部分支護設(shè)計圖紙u 西翼軌道大巷（試驗段）支護設(shè)計圖u 鋼筋網(wǎng)加工圖u 鋼筋網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)器設(shè)計圖u 錨桿托盤加工圖第二部分支護設(shè)計方案u 支護設(shè)計方案u 支護設(shè)計參數(shù)表一、支護設(shè)計1支護形式亭南礦西翼軌道大巷（試驗段）底臌治理采用：反底拱+底角錨桿耦合支護形式。2設(shè)計巷道尺寸設(shè)計斷面形狀為直墻半圓拱形，具體斷面尺寸見設(shè)計圖紙。3支護材料及參數(shù) 底角錨桿：采用43mm管縫式錨桿，長度2000mm，每側(cè)兩根，排距為800500mm，內(nèi)插20mm長度1800mm螺紋鋼錨桿，并注水泥漿。 金屬網(wǎng)：采用6.5mm鋼筋焊接而成，網(wǎng)格尺寸100100mm，網(wǎng)邊緣用鉤扣聯(lián)結(jié)。 干石灰粉：采用普通干石灰粉。 混凝土：澆筑混凝土強度等級為C30，水泥采用425#普通硅酸鹽水泥，內(nèi)摻防水劑。二、支護設(shè)計參數(shù)表支護設(shè)計具體參數(shù)詳見表1。表1 西翼軌道大巷（試驗段）支護設(shè)計參數(shù)表錨桿用途型號位置長度直徑間排距幫部補打錨 桿左旋無縱筋等強螺紋鋼錨桿距底板標高200mm200020/底角錨桿管縫式錨桿，內(nèi)插螺紋鋼錨桿平行布置200043800500混凝土水泥型號強度等級厚度普通硅酸鹽水泥425#C30200鋼筋網(wǎng)型號鋼筋直徑網(wǎng)格尺寸網(wǎng)片尺寸焊接鋼筋網(wǎng)6.51001009001500注：1. 表中尺寸以毫米為單位；2. 要確保施工過程中支護參數(shù)與設(shè)計參數(shù)一致。若遇特殊情況需要局部修改，具體支護參數(shù)須經(jīng)設(shè)計小組討論后方可實施。第三部分施工過程設(shè)計u 施工過程設(shè)計u 主要施工工藝要求u 注意事項u 973項目科研組織管理原則一、施工過程設(shè)計 西翼軌道大巷（試驗段）現(xiàn)場施工采用“短挖短修”方式進行返修，每段挖底長度為5m，可根據(jù)現(xiàn)場具體情況調(diào)整長度，最長不超過8m，具體施工過程為：挖底及時鋪干石灰補打幫錨桿掛幫網(wǎng)打底角錨桿掛底網(wǎng)鋪200mm混凝土，中間加鋼筋網(wǎng)鋪爐灰渣礦壓監(jiān)測鋪設(shè)底板混凝土實施永久支護。施工過程中，部分步序可根據(jù)現(xiàn)場施工條件采用平行作業(yè)方式，以加快施工進度。具體施工順序如下：第一步、按設(shè)計反底拱毛斷面挖底按設(shè)計反底拱毛斷面尺寸挖底成圓拱形，挖底后周邊成形基本平整、圓順，符合設(shè)計輪廓要求，一次挖底長度為5m，根據(jù)各步施工進度可做相應調(diào)整，最長不超8米。落底后巷道如出現(xiàn)內(nèi)積水時，必須立即將水排出，將潮濕的碴石清除。第二步、鋪干石灰粉為防止巷道底板鋁質(zhì)泥巖遇水膨脹，挖底后及時鋪設(shè)干石灰粉并壓實。第三步、補打幫部錨桿一次挖底并鋪石灰完成后，在幫部按設(shè)計尺寸兩側(cè)各補打一根錨桿，錨桿與水平夾角為15度，預緊力不小于8t。第四步、掛網(wǎng)幫部錨桿打完后緊貼拱形底面鋪6.5mm焊接鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)片搭接長度為100mm，網(wǎng)片一端緊貼幫部，另一端與底拱鋼筋網(wǎng)聯(lián)接。兩幫部網(wǎng)邊緣用幫部錨桿托盤壓實，以形成封閉整體。第五步、打底角錨桿、掛底網(wǎng)掛網(wǎng)結(jié)束后，按設(shè)計間排距打45管縫式底角錨桿，內(nèi)插20螺紋鋼錨桿，保證鋼筋網(wǎng)壓實。第六步、澆筑鋼筋混凝土反底拱施工3050m后，按設(shè)計要求澆筑200mm鋼筋混凝土反底拱，混凝土中間鋪設(shè)一層6.5焊接鋼筋網(wǎng)充當拉筋，網(wǎng)兩端分別固定在幫部補打錨桿部位，用錨桿托盤壓實?；炷翉姸葹镃30，按重量配合比為水泥：砂：石子=1：2.15：4.0，水灰比0.62?；炷涟枇蠟槠胀?25#硅酸鹽水泥、中粗河砂、粒徑2040mm的碎石。混凝土中加入混凝土防水劑，加入量為水泥用量的8%。巷道澆筑混凝土反底拱的同時將水溝一并砌出，水溝尺寸見設(shè)計圖紙。第七步、底板充填待混凝土反底拱達到設(shè)計強度后，在巷道中間圓弧斷面內(nèi)鋪爐碴灰（或粒徑2050mm的鵝卵石）充填至距設(shè)計巷道底板292mm位置，人工找平壓實。第八步、礦壓監(jiān)測、澆注底板混凝土在已澆注反底拱及幫腳部每10m布設(shè)礦壓監(jiān)測點，進行表面位移監(jiān)測，根據(jù)礦壓監(jiān)測結(jié)果確定澆筑底板100mm混凝土時間。第九步、復噴及鋪軌鋪底混凝土達到行人強度后，即可由里向外噴射60mm混凝土以封閉覆蓋幫部補打錨桿及鋼筋網(wǎng)，使巷道成型光滑。復噴完成后按設(shè)計鋪設(shè)正式軌道，鋪軌后對鐵路軌枕頭至巷幫的巷道底板用混凝土進行澆筑硬化處理，硬化的巷道底板與軌枕頭之間留有100mm的間隙，硬化后的巷道底板必須滿足設(shè)計高度要求，混凝土強度與水溝及鋪底相同。第九步、位移監(jiān)測按“支護監(jiān)測設(shè)計”要求在底板布設(shè)巷道變形監(jiān)測斷面，進行變形監(jiān)測。二、施工工藝要求（1）挖底巷道進行挖底時，按照由里向外的順序依次分段進行施工。每一段施工時，先將巷道按挖底要求的毛斷面進行落底，落底工作使用耙裝機裝巖石，各別硬底處采用風鎬落底。落底后周邊成形基本平整、圓順，符合設(shè)計輪廓要求，落底后再按巷道設(shè)計底板高度進行鋪底，該段處理完后再進行下一段的施工。（2）補打幫部錨桿一段挖底結(jié)束后，在巷道幫部兩側(cè)各打一排錨桿，錨桿與水平夾角為15傾斜向下，安裝時先不對錨桿施加預緊力。（3）鋪網(wǎng)幫部錨桿安裝完成后，緊貼拱形底面鋪一層6.5焊接鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)片兩端緊貼幫部并高出底板標高不小于300mm，網(wǎng)片搭接長度為100mm，兩幫部網(wǎng)片邊緣用幫部錨桿托盤壓實，以形成封閉整體，此時對錨桿施加68t預緊力。（4）安裝底角錨桿管縫式錨桿的安裝具體步驟為： 測量錨孔深度，要求不小于桿體總長度。 用壓縮空氣或掃孔器清凈錨桿眼內(nèi)巖渣和積水。 先給管縫式錨桿桿體套入金屬托板，然后將桿體錐端插入錨桿孔，將桿體插入孔中，直到桿體圓環(huán)鋼筋將托板緊固于反底拱鋼筋網(wǎng)上，為增加管縫式錨桿強度，在中間插入20螺紋鋼錨桿。（5）鋪干石灰粉挖底完成后，均勻鋪一層50mm干石灰粉并壓實，這樣既封閉底板，使底板與空氣中的水分隔絕，又能保持巷道底板干燥，防止揭露鋁質(zhì)泥巖后發(fā)生底臌。（6）澆筑鋼筋混凝土反底拱澆筑混凝土反底拱時要均勻，先澆筑100mm，然后在上面按照反底拱形狀鋪一層鋼筋網(wǎng)，最后再澆筑100mm混凝土，鋼筋混凝土兩端盡量延伸進兩幫巖層，巷道鋪底的同時將水溝一并砌出。（7）鋪底在巷道中間圓弧斷面內(nèi)鋪爐碴灰（或粒徑20-50mm的鵝卵石）充填至距設(shè)計巷道底板292mm以下，人工找平并壓實，然后根據(jù)礦壓監(jiān)測結(jié)果澆筑混凝土至設(shè)計厚度。（8）復噴噴射順序為：從墻基開始自下而上進行，噴槍頭與受噴面應盡量保持垂直，噴槍頭與受噴面的垂直距離為0.81.0m。噴射時，噴漿機的供風壓力在0.4MPa，水壓應比風壓高0.1MPa左右，加水量憑射手的經(jīng)驗加以控制，水灰比在0.40.5之間。噴射過程中應根據(jù)出料量的變化，及時調(diào)整給水量，保證水灰比準確，要使噴射的濕混凝土無干斑，無流淌，粘著力強，回彈料少。三、注意事項（1）巷道施工過程中嚴格按設(shè)計要求執(zhí)行，確保施工質(zhì)量到位；（2）要堅持經(jīng)常性的測點觀測和日常支護質(zhì)量查，觀測數(shù)據(jù)及時向課題組匯報，以便進行反饋設(shè)計；（3）在挖底作業(yè)時，如遇底板聚水過多時，應立即停止作業(yè)并及時采取抽水、防水措施，并向有關(guān)部門匯報情況，經(jīng)主管領(lǐng)導同意后方可繼續(xù)作業(yè)。四、973項目科研組織管理原則為保證項目的順利進行和設(shè)計的有效實施，加快施工進度，提高工作效率，在項目研究和設(shè)計方案現(xiàn)場實施的整個過程中，務必要堅持“三固定、兩堅持、兩提高、三到位”的科研組織管理原則，即：三固定：固定領(lǐng)導成員、固定技術(shù)人員、固定施工人員。兩堅持、兩提高：堅持經(jīng)常性的總結(jié)，提高施工及監(jiān)測質(zhì)量；堅持經(jīng)常性的培訓，提高技術(shù)人員水平和工人素質(zhì)。三到位：設(shè)計到位、技術(shù)到位、質(zhì)量到位。為此，試驗研究巷道段的管理，專門成立領(lǐng)導小組和工程設(shè)計、工程施工、工程質(zhì)量檢查、工程監(jiān)測4個工作組，各工作組應在領(lǐng)導小組的領(lǐng)導下開展工作。各工作組職責如下：工程設(shè)計組：負責對試驗巷道進行支護設(shè)計研究，及時提供支護設(shè)計方案、支護設(shè)計圖；提出工程監(jiān)測要求；不定期對試驗相關(guān)人員和現(xiàn)場施工人員進行培訓與指導。工程施工組：熟悉試驗巷道支護方案，熟記相關(guān)支護參數(shù)和要求；及時備齊試驗巷道支護材料；按設(shè)計要求施工試驗巷道支護，確保設(shè)計到位、質(zhì)量到位、技術(shù)到位；按要求埋設(shè)測試點或測試儀表；配合工程監(jiān)測組完成相關(guān)監(jiān)測工作，并對測點和測試儀表負有保護責任。工程質(zhì)量檢查組：熟悉試驗巷道支護方案，熟記相關(guān)支護參數(shù)和要求；按設(shè)計要求檢查試驗巷道支護質(zhì)量，確保各分項工程質(zhì)量到位；在試驗巷道施工期間，對施工質(zhì)量進行定期和不定期的跟班監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量不符合設(shè)計要求及時進行處理。工程監(jiān)測組：按支護設(shè)計方案要求進行監(jiān)測方案細化，完成監(jiān)測布置設(shè)計圖；配合施工組完成監(jiān)測點或監(jiān)測儀表的埋設(shè)，并做好標記，記錄相關(guān)信息；按要求完成測試任務，并及時處理測試數(shù)據(jù)。如發(fā)現(xiàn)異常情況須及時上報工程設(shè)計研究組和試驗領(lǐng)導小組；試驗巷道的監(jiān)測數(shù)據(jù)應及時上報工程設(shè)計研究組。第四部分支護監(jiān)測設(shè)計u 支護監(jiān)測目的及內(nèi)容u 巷道表面位移觀測u 錨桿受力監(jiān)測u 監(jiān)測儀器及數(shù)量u 數(shù)據(jù)處理及日常監(jiān)測記錄表一、支護監(jiān)測目的及內(nèi)容（一）支護監(jiān)測目的完整的現(xiàn)場監(jiān)測資料可以為巷道支護的成功實施提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，是巷道支護工程得以鞏固和發(fā)展的重要保證。其主要目的在于：1掌握巷道圍巖動態(tài)及其規(guī)律性，為巷道支護日常動態(tài)化管理提供科學依據(jù)；2為檢驗支護結(jié)構(gòu)、設(shè)計參數(shù)及施工工藝的合理性，修改、優(yōu)化支護參數(shù)和合理確定二次支護時間提供科學依據(jù)；3監(jiān)控巷道支護的施工質(zhì)量，對支護狀況進行跟蹤反饋和預測，及時發(fā)現(xiàn)工程隱患，以保證施工安全和軟巖巷道穩(wěn)定；4為其它類似工程的設(shè)計與施工提供全面的參考依據(jù)；5通過監(jiān)測資料，可作為判斷巷道工程的質(zhì)量檢查和驗收的標準。（二）支護監(jiān)測內(nèi)容（1）巷道表面位移觀測通過巷道表面位移觀測數(shù)據(jù)可較好地判定巷道圍巖的運動情況，分析圍巖是否進入穩(wěn)定狀態(tài)。巷道表面位移監(jiān)測包括底臌、兩幫相對移近、頂板下沉等內(nèi)容。（2）錨桿受力監(jiān)測錨桿受力監(jiān)測通常指的是錨桿錨固力監(jiān)測和錨桿載荷監(jiān)測。通過儀器監(jiān)測錨桿的受力情況，以及時了解錨桿的工作狀態(tài)。（三）監(jiān)測斷面布置試驗巷道長度100m，布置測站4個，如圖1所示。從試驗段開始，挖底5m后布置測站1，然后每30m后布置測站2、測站3、測站4。測站1和測站3布置1排2根測力錨桿、2個錨桿測力計；每個測站均布置1個表面位移觀測斷面，錨桿、錨索拉拔力試驗按不低于10%比例隨機抽取檢驗。5m30m30m30m5m試驗巷道100 m測站1測站2測站3測站4圖1 測站布置示意圖二、巷道圍巖表面位移觀測（一）測點布置新支護形式測點布置要求如下（詳見圖2）：圖2 巷道表面位移測點布置示意圖1按設(shè)計位置布置1組表面位移監(jiān)測斷面，每組測點包括4個點：頂板（B點）、底板（D點）和兩幫（A、C點）。測點布置時，保證頂?shù)诇y點連線與兩幫測點連線垂直。2幫部及頂部測點采用打短錨桿的方式布設(shè)，頂部及幫部測點錨桿打入巷道圍巖不小于1000mm。頂板和兩幫測點錨桿外露長度不小于200mm，底部測點采用打20L1000mm螺紋鋼錨桿0。錨桿打入底板后外露長度不小于50mm，以保證測點的定位。3測點布設(shè)后應作好記號，記錄與巷道特征點的距離并編號，并在施工中注意保護，以確保測量數(shù)據(jù)的準確性和可靠性。（二）測量儀器及方法用鋼卷尺和塔尺分別測量各測點到基準點的距離，兩測點相鄰兩次測試數(shù)據(jù)的差值即為兩點相對移近，以此累加相鄰兩次測試數(shù)據(jù)的差值即可得兩點相對總移近量，測量精度mm。（三）觀測時間及數(shù)據(jù)處理每天都必須進行日常觀測。每次觀測數(shù)據(jù)需要做好記錄表，及時整理，并根據(jù)觀測結(jié)果提出相關(guān)建議。每天觀測記錄及分析應及時上報有關(guān)人員。三、錨桿受力監(jiān)測錨桿受力監(jiān)測主要包括錨桿錨固力檢測、錨桿載荷監(jiān)測和錨桿受力狀態(tài)監(jiān)測。（一）錨桿錨固力檢測檢測錨桿的錨固力是錨桿支護施工質(zhì)量檢查中的一項重要內(nèi)容。通過錨固力檢測，可及時了解錨桿實際受力狀況和錨固質(zhì)量合格與否，同時可以監(jiān)測錨桿提供的最大錨固力，為錨桿支護設(shè)計提供依據(jù)。進行錨桿錨固力檢測時，依據(jù)本工程實際情況，要求每班對巷道頂板和兩幫各抽查2根進行拉拔測試，當拉拔力達到錨桿的設(shè)計值時立即卸載停止拉拔。對不合格的區(qū)域要督促及時補打錨桿。錨桿錨固力檢測儀器的種類很多，通常使用錨桿拉力計進行，現(xiàn)場多使用ML-10型錨桿拉力計。（二）錨桿載荷監(jiān)測錨桿（索）載荷監(jiān)測是為便于時實跟蹤監(jiān)測錨桿載荷變化情況，分析錨桿工作狀態(tài)，為調(diào)整和修改錨桿支護參數(shù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)依據(jù)。錨桿載荷的監(jiān)測是通過錨桿測力計（液壓枕）來觀測，錨桿測力計對錨桿進行的是無損傷檢測。錨桿測力計由一個有中心孔的托盤式密閉充油壓力盒和與之相連的壓力表組成。安裝時，把壓力盒套在錨桿墊板（托盤）和外錨固端的螺母之間，即可以檢測錨桿工作時軸向力變化情況。使用時要首先對錨桿施加預應力，記下壓力盒指示的壓力值，此后定時讀取壓力值，獲取錨桿壓力與時間變化的關(guān)系。錨桿載荷監(jiān)測斷面布置時，將其與巷道表面位移觀斷面放在一起，以便于觀測。在每個觀測斷面上，在巷道的左幫及右?guī)蛶湍_處各安裝1套錨桿測力計。特別需提醒的是，錨桿測力計安設(shè)必須在安裝錨桿時進行。（三）錨桿受力狀態(tài)監(jiān)測采用CM200型測力錨桿，YJK4500電阻儀，MJY-1型錨桿測力計。測力錨桿每站布置1排，1排布置2根，其位置如圖3所示。安裝后，用靜態(tài)電阻應變儀對測力錨桿觀測記錄初讀數(shù)，之后，隨掘進工作面開始掘進，每掘進一個循環(huán)觀測一次，至少觀測23個循環(huán)，以后每掘10m觀測一次，直到數(shù)據(jù)穩(wěn)定。圖3 測力錨桿布置示意圖（四）觀測時間及數(shù)據(jù)處理每天都必須進行錨桿拉拔測試和錨桿載荷監(jiān)測。每次觀測數(shù)據(jù)需要做好記錄表，及時整理，并根據(jù)觀測結(jié)果提出相關(guān)建議。每天觀測記錄及分