瑶岭煤矿膨胀泥岩巷道返修支护方案研究

瑶岭煤矿膨胀泥岩巷道返修支护方案研究

瑶岭煤矿运输走廊已安装于西二采区下部的车间位置。由于后面（从西到东120.360米）主要是泥岩和灰岩板岩，由于水流，它们广泛分布。此外，地板上也存在严重的滴水和土鼓，地板结构破碎，导致前后施工通风和交通的矛盾。施工安全问题突出，施工效率显著下降。由于破坏部分已严重影响正常使用及施工人员安全,加之西大巷服务年限较长,为保证正常生产,加快西二采区开拓速度,必须对该部位进行返修。1原支出清单(1)支出计划围岩地质条件较好时采用锚网喷支护,围岩地质条件较为复杂时采用锚网喷+料石碹带底拱支护,设计工程量1100m。(2)料石崩裂底拱管巷道2006年5月开始锚网喷施工,前面掘进,后面片帮底鼓,巷道严重变形;随后采用了双层料石砌碹带料石底拱,料石崩裂处另套U型棚支护。截至2008年2月施工了324m巷道,到2008年底采用锚网喷支护施工完余下巷道。(3)卡缆崩断,客车无法通行在120～360m处支护巷道料石多处压碎、U型钢压成扁铁,多处开裂,严重压毁变形,卡缆崩断,巷高局部不足2m,巷宽最窄处1.3m(设计净宽4.6m,墙高1.4m),电机车无法通行,轨道上下起伏歪斜。安排专人在此段巷道不间断调整轨道,但底鼓现象无法得到有效控制。2支出失败的原因分析(1)顶板至底板面下的巷道此段巷道小的地质构造变化较多,整体顶板为砂岩,变化不大。顶板以下至底板面下超过2m以炭质泥岩、灰质页岩为主,略有砂岩碎石夹层。整条巷道处于软弱岩层中,且底板局部有水眼,有少量涌水。此岩层遇水膨胀,巷道容易受压变形。(2)刚性支护料石砌碹加料石底拱砌成整体式支护结构,靠衬砌的刚度和强度抵抗围岩重力和变形荷载,此种支护是一种硬对硬的对抗支护,一种被动和消极的支护,抗弯性能弱,变形后整体性较差,属于刚性支护的范畴。一旦围岩应力大于衬砌应力,会引起支护的破坏,衬砌的承载能力急剧下降,甚至使整体结构提前破坏。(3)成岩地质条件U型棚可缩性金属支架适用于地压大、地压不稳定和围岩变形量大的巷道。此种地质条件下选择可缩支架支护是合理的,但由于支护的时间和工艺不对,支护效果反而不理想。此段巷道在衬砌支护压坏失去作用后将U型棚裸套在料石的外面,独自抵抗围岩重力和变形荷载,起不到预期支护效果。(4)岩破坏与围岩应力双层料石衬砌荒断面大,开挖量大,围岩破坏严重,围岩应力增加,给安全带来较大隐患;且施工速度慢,成本费用高,劳动强度高,支护失效后返修困难。3锚杆石胶结焦炉底拱喷浆成巷采用常规返修方式,由外向里分段逐次施工,每段撤除压坏的金属棚,开挖原砌料石,扩刷至设计规格,然后重新打锚杆挂网,初次喷浆进行封闭,套U型棚,架设底拱,喷浆成巷。根据实际情况,如仍不能达到预期效果,则可增加注浆加固支护。3.1在支护巷道围岩时,注意做好锚杆的使用和对围岩的控制运输大巷服务年限长,在整个阶段采煤系统中占有重要地位且利用率高,投入生产使用后,一旦支护破坏影响安全和正常使用,进行返修将影响整个采煤生产系统的正常运行,所以不宜反复返修,应保证巷道支护的长期稳定性。锚杆是置入围岩内部的支护形式,依靠固定在围岩深部的杆体所具有较高刚度的能力,约束围岩的变形,起到加固围岩的作用。利用U型可缩金属支架支撑围岩的适当变形,发挥围岩的承载能力,弥补锚杆承受荷载的不足,增强巷道的自稳能力,从而达到必要的安全富余度,实现控制巷道围岩变形的有效支护目的。底拱对松软底板有堵有疏,做到了堵疏结合,可有效地控制底板变形。(1)封锁矿工钢强度能限制底板岩层变形量。(2)岩膨胀率的测定①底拱的开挖量提前置换出膨胀泥岩,减小围岩膨胀率;②底拱与底拱之间的间隙适当疏导释放膨胀过的泥岩,又能相应减少矿工钢硬抗应力,减小矿工钢变形量,起到保护支架的作用。3.2锚网喷+u型棚+底拱墙体支护返修段长240m,设计为直墙半圆拱断面,支护方式为锚网喷+U型棚+底拱,净宽4400mm,墙高1400mm。西大巷返修支护断面如图1所示。3.3返修段底板排水返修方式采用两掘一喷,钻眼爆破扩刷法为主,辅以风镐开挖,打浅眼少装药,震动爆破,减小对围岩的破坏;雷管选用毫秒延期电雷管,最后一段延期不超过130ms;炸药选用煤矿许用岩石乳化炸药。针对返修段以里的几百米巷道返修过程中成为盲巷,会长期有水聚积,而返修段底板裂隙发育,局部又有水眼,底板渗水量较大的情况,必须提前截水、疏水、排水,防止底板长期浸泡在水中产生泥岩膨胀底鼓和防止施工装矸时有水,耙斗往复耙矸回斗,把工作面搅和成泥浆,增加施工难度,减慢返修速度。施工前在返修段中部开挖集水小井,使裂隙水渗向小井进行截水,清挖水沟使巷内积水疏放至小井内,小井内安泵排水。当返修接近集水小井时,在返修段最里位置处开挖新的集水小井。3.4u型棚改造因增设底拱,巷道断面高度超高,棚梁重,增加了施工难度,作业危险性大,故每5m为一循环,分段上行扩刷掘进施工。巷道底板面上扩刷至荒断面位置,锚网后初喷封闭;套设U型棚,加固棚腿,喷浆上部成巷;开挖下部底拱,架设底拱并与U型棚腿托盘螺栓连接,连接部喷浆,回填底拱成巷。其工艺流程为:安全检查(顶板、瓦斯、工程量、探头位置)→施工准备(看中腰线、洒水养护)→掘进(打眼→装药→放炮→敲帮问顶→前探支护→铺设金属网→打锚杆眼安装锚杆→出矸→套棚→加固棚腿→收尾整理工程质量)→喷浆(拌料→喷浆→出矸→架设底拱→回填→钉道→收尾整理工程质量)。4具有使用稳定性几个月的矿压监测表明,采用锚网喷+U型棚+底拱联合支护修复段的巷道没有大的变形,顶板支护良好,两帮内移量小,巷道没有明显的底鼓现象,断面形状保持稳定,能够充分满足通风、行人、运输等安全使用要求。该支护形式对于应力集中