b080309深部复杂条件高应力水仓支护技术研究与实践

1、睞梆为疮力衣箱条件下水仓離合文沪枚*黄磊【平顶山市瑞平煤电有限公司，河南平顶山467500摘 要平煤集团瑞平公司张村矿井底水仓埋深605m,在高应力作用和构造带的影 响下，原混凝土砌罐支护不能满足要求，巷道建成后，维修十分困难。经过对围岩 性质的研究，决定采用锚、网、喷+u25型钢可缩支架+混凝土暄联合作为永久支护 的施工方案，实践表明，该方案达到了较好效果，为类似巷道的施工提供了成功经 验。关键词 水仓 高应力 锚、网、喷 可缩支架 砌確 联合支护引言瑞平公司张村矿位于朝川矿区中南部,井田走向长度约4.5km,倾斜宽约2. 7km,主要 开采二】煤层、四s煤层、五2煤层、五s煤层，矿井正常涌

2、水最1021m7h,最人涌水量1488m7ho张村矿原矿井全部采用混凝土砌磴作为永久巷道支护方式。自2003年恢复建设后，经 过论证，基本上取消了砌龜支护。早期采用直径43mm.长1800mm的管缝式锚杆，在控制破 碎带时，用岂径43mm.长22002500mm的管缝式锚杆。自2004年开始，采用总径20mm、 长20002200mm的等强螺纹钢锚杆和玻璃钢锚杆。采用树脂锚固剂锚固。从开拓巷道到冋 采巷道、从岩巷到煤巷，凡是条件具备的巷道均采用锚、网、喷或锚、网、梁（带）支护。 目前正在推广锚、网、梁（带）+锚索的联合支护。井底主排泵房及水仓原设计支护方式采用素混凝土砌龜支护，浇筑壁厚250m

3、mo在丿施工 屮，由于高地应力及构造带的影响，出现巷道底做、片帮、冒顶等问题，经过研究，将支护 形式改为锚、网、喷作为前期支护，采用u25型钢可缩支架与混凝土砌磧联合支护作为永久 支护。该支护方法经过实践取得了成功，节约了投资并缩短了矿井建设周期。1问题及分析张村矿内外主排泵房及水仓设计在四3煤层底板屮，距四3煤层约3060m,为-250m水 平（埋深605m）。水仓长度1006m,容水最9296m3,水仓设计断面净高3000mm（其屮拱高1700mm, 墙高1300mm）；巷道净宽3400mm；掘进断面面积11. 09m2,净断面面积9m水仓围岩为灰色灰岩（厚层状、隐品质结构、裂隙发育）与灰

4、黑色泥岩（泥质结构、厚 层状、细腻致密）。在施工-250水平井底车场单轨巷和泵房吋，揭露出一条逆断层，该断层 走向不少于1100m,倾角40°落差025m,预计水仓要穿过该断层。在水仓施工屮，起先按照原设计进行混凝土砌禎施工,接近断层时，由于巷道围岩破碎, 局部围岩为大紫泥岩，加上断层裂隙的影响，巷道压力显著增大，先期施工的30m巷道受其 影响，短期内发牛了底臓、片帮、冒顶等现象。实践证明原方案不能满足工程实际需耍。2支护方案优化针对水仓工程实际，提出了五种可能实施的支护方案：(1) 方案一，混凝土砌磋支护该巷道围岩岩石坚固性系数f值为36,高应力、节理化、强膨胀斜穿断层构造带， 需

5、采用强力刚性支护，混凝土砌碩厚度需人于500nun,为增加整体性和均布应力，提高支护 能力，需要在混凝土内部增加双层宜径16钢筋龙骨。(2) 方案二，锚、喷、网支护采用直径20mm、长2000mm的等强锚杆，间排距300x300 (mm)；金属网用直径4mm的 冷拔钢丝制成，网格为looxloo(nmi),规格为900x3300(min)；喷射混凝土厚度人于150nmi。 由于水仓巷道处在高应力、强膨胀、复合型软岩中，锚、网、喷支护刚开始还能起到效果， 但随着围岩应力增加，当围岩应力超过了锚杆抗拉拔力极限值时，造成支护结构失稳，出现 底瞼、片帮、裂隙、掉顶等问题，从而出现安全隐患，增大维修量，

6、影响施工进度，支护成 本也随z增加。(3) 方案三，u型钢可缩性支架支护根据工程实际,可釆用u25型钢支架，间距200mm。如单独使用,钢材易腐蚀,不能满 足水仓使用功能，需与其它支护方式联合使用。(4) 方案四，锚、喷、网+混凝土砌磴联合支护采用直径20mnk长2000mm的等强锚杆，间排距700x700 (mm)；金属网用直径4mm的 冷拔钢丝制成，网格为100x100 (mm),规格为900x3300 (mm)；喷射混凝土厚度大于80mm。 锚、网、喷支护作为前期支护，混凝土砌磴作为永久支护，砌磴厚度为400mmo(5) 方案五，锚、网、喷+u型钢可缩性支架+浇筑混凝土联合支护采用直径2

7、0mm、长2000mm的等强锚杆，间排距700x700 (mm)；金属网用直径4mm的 冷拔钢丝制成,网格为100x100 (mm),规格为900x3300 (mm)；喷射混凝土厚度大于50mm° 永久支护采用u25型钢可缩性支架，间距700mm,再浇筑厚150mm的混凝土。上述方案小，前三种都不能满足工程需要，在工程施工完一段时间后，巷道会产生较人 变形，严重影响巷道的使用，有的哄至会产生人面积破坏，这将人大提高维修费用。第四种方案属于刚性支护，如果围岩压力较大时，混凝土厚度也将相应增加，经济性较 差。当混凝土厚度小于250mm时，施丄完20天后，混凝土开始出现裂缝，巷道发生变形、

8、 掉块现象，并局部产生破坏。第五种方案是一种柔性支护，锚、网、喷支护，锚杆打入岩体中，喷射混凝土固结于岩 体表面，组成一个整体，积极主动加固围岩，充分利用岩体固有强度，前期对围岩进行了封 闭，这样就大大减少了岩体变形及破碎。由于岩体的高应力和强膨胀性，在锚、网、喷施工 完后，围岩还会发牛一定的变形，以释放压力。过了压力释放前期，再安设u25型钢可缩性 支架，再次对岩体进行支护，这吋如來岩体再次来压，山于u型钢的可缩性，还可产生一定 变形，释放一定的压力。最后浇筑混凝土，将支护转化为刚性支护，这时可以较小的支撑力 支承较人的围岩应力，支护能力达到最人，可有效保持巷道断面形状，满中使用要求。根据以

9、上方案比较，选择第五种方案作为水仓的支护形式，为减小前期巷道变形，提高 前期支护强度，加大循环作业距离，提高施工速度，喷射混凝土厚度改为80mm, u25型钢支架采用3750mm宽定型支架，浇筑混凝土成巷后巷道净断面宽度保证在3600mm以上。前期支 护方式如图1所示，u25型钢可缩支架支护方式如图2所示。图1水仓锚、网、喷支护断面示意图3950图2水仓u25钢可伸缩支架支护断面示意图3施工方法水仓巷道采用二次支护，第一次支护采用锚、网、喷支护，掘进巷道成型后立即进行, 锚杆采用直径20mm. k; 2000mm的等强锚杆，用2卷树脂锚固剂卷锚固，间排距为700x700 (mm)；金属网为直径

10、4mm的冷拔丝,网格100x100 (mm),喷射混凝土厚度为50mm,混凝 土中速凝剂掺量为3%。第二次支护在第一次锚网喷支护完成5天后进行，架设三组合的u25型钢支架，棚距 700mm,棚腿棚梁间用两道u25卡兰联接，梁腿搭接长度400mm,支架间用金属拉杆连接， 柱窝深度为250mmo u型钢支架施工完20天后进行浇筑混凝土，厚度150mm,这时压力基本 趋于稳定，巷道变形停止。4支护效果锚、网、喷支护完成后，观测结果表明，巷道最大变形110mm；在u25型钢可缩性支架支护完成后巷道变形最人40mm。对u25型钢可缩性支架复喷30天后观测，巷道变形最大 10mm,且变形趋于稳定，满足支护要求。水仓薔水后，对水仓巷道进行了连续监测，未发现有变形和掉磴现象。监测结果表明， 锚、网、喷+u25型钢可缩性支架+浇筑混凝土联合支护在水仓工程中的应用取