在清水營煤礦+786m水平井底車場施工中的軟巖支護探索

1、在清水營煤礦+786m水平井底車場施工中的軟巖支護探索論文摘要：清水營煤礦+786m水平井底車場巷道受軟巖影響，巷道在開挖后短期內(nèi)出現(xiàn)明顯變形，造成巷道頂板下沉及底臌，嚴重影響巷道成形及使用。經(jīng)專家研討后認為先對變形巷道卸壓，然后再采用錨注支護，經(jīng)有限卸壓二次支護后巷道支護強度到達預(yù)期效果。論文關(guān)鍵詞：軟巖,卸壓,變形余量,二次支護1.工程概況一直有一個困擾著清水營煤礦建設(shè)的難題，就是軟巖支護。清水營煤礦自2004年4月開工建設(shè)至今，在巷道開挖一段時間后出現(xiàn)不同程度的巷道受壓變形。巷道反復(fù)維修已嚴重影響到施工進度及經(jīng)濟效益，后期施工需有更加科學、經(jīng)濟的支護方案。清水營煤礦+786m水平井底車場

2、巷道絕大局部位于二煤底板，巖層為成巖地質(zhì)年代較晚的侏羅紀泥巖、粉砂巖層，屬于軟巖，巷道受壓、遇水、風化后巷道變形尤為突出詳見二煤頂?shù)装逯鶢顖D1。+786m水平井底車場巷道施工于2021年5月開始施工了巷道為醫(yī)療等候硐室及通道，醫(yī)療等候硐室及通道在施工完715天后，由于巷道受圍巖壓力影響，局部巷道發(fā)生不同程度擠壓變形和底臌。巷道變形主要表現(xiàn)在：巷道拱部漿皮開裂、脫落，支護材料鋼帶受壓彎曲；巷道底板遇水后膨脹將臨時軌道掀傾斜。經(jīng)過現(xiàn)場長期的觀測巷道底板變形圖1趨勢如圖2所示以車場北翼觀測數(shù)據(jù)為例。結(jié)合現(xiàn)場施工及由礦壓觀測曲線圖可以看出，巷道在開挖7-10天后巷道圍巖出現(xiàn)明顯變形，當開挖15天后，巷

3、道頂板變形急劇加大，甚至出現(xiàn)頂板脫層現(xiàn)象，因為1號觀測點位于馬頭門2米處，靠近馬頭門鋼筋混凝土現(xiàn)澆支護最近，受圍巖應(yīng)力影響最小，其他三個觀測點在開挖15天后圖2原支護已根本遭到破壞，實際情況證明原支護方式已不能滿足支護要求。經(jīng)礦技術(shù)人員及山東科技大學專家現(xiàn)場研究之后，提出了錨注加強支護方案，經(jīng)施工證明支護方案取得了一定的效果。2.軟巖支護破壞機理分析：2.1軟巖支護機理1穩(wěn)定性指數(shù)影響巷道穩(wěn)定的因素很多，理論研究認為：巷道的穩(wěn)定性可用圍巖穩(wěn)定性指數(shù)表示，指數(shù)越小巷道的穩(wěn)定性越好。(1)式中S圍巖穩(wěn)定性指數(shù)；R巖石單向抗壓強度，MPa。從式(1)看出，影響影響巷道穩(wěn)定的主要因素是H、R值。2極限

4、平衡理論巷道開挖后之所以遭到破壞是支護應(yīng)力小于圍巖壓力，即極限平衡深入巷道圍巖深度和巷道周邊位移影響巷道圍巖穩(wěn)定性各種因素的綜合反映。是巷道圍巖穩(wěn)定和礦壓顯現(xiàn)的表現(xiàn)形式。極限平衡半徑及周邊位移表示為：(2)式中rH自重應(yīng)力，MPa；r上覆巖層體積質(zhì)量，kg；H巷道埋深，m；Pi支護阻力，N；R極限平衡區(qū)半徑，m；C粘結(jié)力，N；內(nèi)摩擦角，；K1影響系數(shù)；K2煤巖體力學參數(shù)修正系數(shù)。(3)式中a巷道理論半徑，mm；u巷道周邊位移，mm；G剪切彈性模量。(4)由式(2)、式(3)可確定極限平衡區(qū)深入巷道圍巖的深度為：(5)式中極限平衡區(qū)深入圍巖的深度，m。2.2原因分析經(jīng)過對已完成施工的巷道的長期觀

5、察發(fā)現(xiàn)，巷道變形情況有以下兩點：變形點多在巷道出水點，主要是巷道布置在二煤底板，二煤底板屬粉砂巖層，遇水后易膨脹，圍巖強度急劇降低，甚至遇水泥化。具有膨脹性圍巖在遇水膨脹前后其自身顆粒為發(fā)生變化，但內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，顆粒之間連接結(jié)構(gòu)被破壞，孔隙數(shù)量和孔距均有所增加，而顆粒之間的親和力也相應(yīng)減小，造成圍巖強度下降，如3所示。圖3變形嚴重點多在新掘巷道及交叉點處。在巷道開挖前，巖體處于三向應(yīng)力平衡狀態(tài)，開巷后，破壞了圍巖原有的三向應(yīng)力平衡狀態(tài)，使應(yīng)力重新分布。因為圍巖受力狀態(tài)的改變，巖石強度下降，如果集中應(yīng)力值小于下降后的巖石強度，圍巖將處于彈塑性狀態(tài)，圍巖可自穩(wěn)，不存在巷道支護破壞問題。但由于集

6、中應(yīng)力值大于下降后的巖石強度，圍巖將發(fā)生破壞，這種破壞將從周邊開始逐漸向深部擴展，直至到達另一新的三向應(yīng)力平衡狀態(tài)為止，此時圍巖中出現(xiàn)一個破裂帶，這個破裂帶成為圍巖松動圈。同時交叉點巷道施工時互相之間爆破產(chǎn)生的擾動，對巷道圍巖穩(wěn)定也產(chǎn)生影響。新掘巷道圍巖應(yīng)力的重新分布平衡是一個較為緩慢的蠕變過程，當圍巖自身強度缺乏以抵抗應(yīng)力重新分布，從而造成巷道圍巖發(fā)生位移變。而巷道在支護時巷道圍巖應(yīng)力分布尚未到達平衡就采取永久支護，必然支護承當一局部圍巖應(yīng)力，在緩慢的應(yīng)力作用下巷道支護遭到破壞。所以說巷道的支護絕大局部取決于圍巖的自穩(wěn)，有了圍巖好的自穩(wěn)性支護是不會出現(xiàn)嚴重破壞的。3.軟巖支護方案實施目標是使

7、支護結(jié)構(gòu)與圍巖匹配而到達巷道穩(wěn)定。主要是避開了強應(yīng)力場，提高圍巖支撐能力。技術(shù)措施有：降低外部荷載、優(yōu)選巖層位置、合理確定支護參數(shù)、優(yōu)化施工工藝、改善工程布置及尺寸。軟巖巷道治理要化解各種不利因素，使復(fù)雜的軟巖問題優(yōu)化為簡單的施工方法處理。在分析并總結(jié)了醫(yī)療等候硐室加強支護施工后認為：由于巷道布置在軟弱巖層中，圍巖具有遇水后易膨脹、泥化等特性，在后期的巷道施工中首先要解決水的問題，其次就是釋放圍巖膨脹帶來的壓力，是巷道圍巖的壓力重新到達一個新的平衡，確保圍巖的穩(wěn)定性。而在二次支護施工時要加強注漿工藝的流程管理，嚴格按照噴砼封巷道圍巖按設(shè)計順序鉆注漿孔安裝注漿錨桿接球形閥及注漿管開注漿泵注漿首先

8、在巷道施工時加強掘進迎頭的排水工作，盡可能不把巷道頂板以上的含水導(dǎo)下來。其次是加強施工質(zhì)量的監(jiān)管，現(xiàn)圖5場由監(jiān)理及安監(jiān)員雙崗監(jiān)督。第三是對圍巖及時封閉，減少圍巖在空氣中裸露時間，采取兩掘一噴的工藝，及時封閉防止圍巖受風化后強度降低。第四是給圍巖一定時間的卸壓，即采用二次支護。二次支護主要是巷道開挖后立即錨網(wǎng)噴+鋼帶支護到位，并給巷道圍巖一定時間巷道受壓變形空間掘進時預(yù)留200mm變形余量，變形量一般控制在80-100mm之間，這樣既到達圍巖應(yīng)力的釋放，又確保巷道的成形，變形量到達規(guī)定的量后立即采取二次支護。支護工藝為先施工注漿錨桿，在巷道周圍通過水泥漿充填裂隙形成一個混凝土交接圈，以到達加固巷

9、道圍巖強度，再打高強錨桿并掛網(wǎng)再次噴漿成巷。4.研究成果評價4.1支護成果分析分析比照醫(yī)療等候硐室及通道與+786m水平車場巷道的支護效果，兩者產(chǎn)生較大差距。同樣兩巷道采用二次錨注支護，但在支護完成后的效果有明顯的不同。首先表現(xiàn)在感官的不同，醫(yī)療等候硐室及通道完成施工將近一年時間，巷道任然出現(xiàn)大塊漿皮開裂脫落，局部巷道壓力顯現(xiàn)非常明顯，設(shè)在巷道內(nèi)的老師風門受壓變形已無法正常開關(guān)，巷道兩幫發(fā)生幫臌，特別是交叉點巷幫受壓開裂。而采用卸壓后錨注支護的巷道在完成一個半月后，巷道未發(fā)現(xiàn)一處漿皮開裂和脫落，巷道整體噴漿效果良好。其次是礦壓觀測數(shù)據(jù)的說明，設(shè)在醫(yī)療等候硐室及通道的礦壓觀測點數(shù)據(jù)說明巷道尺寸明顯變化，年累計變化量達10-20mm，而車場巷道通過現(xiàn)場觀測未發(fā)現(xiàn)有明顯變化。4.2技術(shù)結(jié)論+786m水平井底車場在采用卸壓后二次支護方案后，巷道質(zhì)量取得了較好的成果。具體表現(xiàn)在以下幾點：首先通過預(yù)留一定的卸壓空間，使巷道圍巖壓力得到了釋放。其次是通過錨注支護加強了巷道周圍圍巖的