高应力不稳定软岩的抗让结合支护方案

高应力不稳定软岩的抗让结合支护方案

随着煤炭需求的增加和采矿区深度的增加，平原资源日益稀缺。中国的矿山正在逐步进入深度开采。深部开采地质环境更加复杂,巷道围岩表现出明显的大变形、高应力、长时间持续蠕变的特性。相关资料表明,随着开采深度的增加,巷道受高温、高围压、高孔隙压力的影响,使得巷道围岩变形呈现出浅部巷道所不具有的一些新特点。因此,加大对深井支护技术的研究,尤其是对高应力不稳定软岩巷道支护的研究显得极为重要。1工程特点及工程条件郭屯煤矿是山东鲁能荷泽煤电公司在巨野矿区投资建设的1座大型现代化矿井。该矿井设计生产能力为240万t/a,立井开拓方式,井口标高+45.0m;主、副井水平标高-808.0m;风井水平标高-710.0m。主井Φ5.0m,垂深853.0m;副井Φ6.5m,垂深853.0m,水平以下29.0m;风井Φ5.5m,垂深882.0m,水平以下8.0m。马头门的开口掘进高度5.0m,掘进宽度6.0m。其断面位于20.0m厚的细砂岩、粉砂岩岩层中,该岩层为高角度裂隙含水层,节理裂隙发育,稳定性差,涌水量较大。实践表明,影响工程稳定的范围,在马头门顶板以上一般为10～15m,在底板以下一般为5～10m内。为此,郭屯煤矿副井井筒马头门加固范围为从马头门上方15.0～20.0m处至马头门摇台基础下5～10m部分。2马头门内井筒体壁防护技术2.1支付房的制定马头门上方井筒第1次支护为锚、梁、网、锚索支护,第2次支护为现浇C50砼,二次支护共同形成永久支护。2.2支持参数和支持材料的设计2.2.1锚杆、金属网和网络设计不稳定岩层马头门支护预案如图1所示。高强超长锚杆采用HRB400左旋螺纹钢制作,Ф22mm,L=3000mm,树脂药卷CK25500锚固,锚固长度大于1000mm,初锚力大于50kN,终锚力大于150kN,间排距约为800mm×800mm。注浆锚杆选用Ф25mm×3.5mm钢管制作,L=2000mm,间排距1600mm×1600mm,与高强锚杆每间隔2排交叉梅花形布置,托盘扁钢δ=8mm,规格150mm×150mm。马头门采用永久支护,规格C60砼。锚杆托盘扁钢δ=10mm,200mm×200mm碟形托盘;金属网用Ф6mm螺纹钢制作,网孔150mm×150mm;喷射砼强度等级C15,喷厚50～70mm;注浆锚杆与高强锚杆每间隔2排交叉梅花形布置。2.2.2高强锚杆、锚杆布置井圈采用14b槽钢制作,基本结构与井筒一致,但不交圈;高强锚杆采用HRB400左旋螺纹钢制作,布置方式与井筒金属网一致;井壁,C50砼、P20现浇砼。管子道井壁支护结构如图4所示。2.2.3锚索、锚杆、网孔马头门及相邻井筒加固如图5—6所示。支护参数:预应力灌浆锚索,L=8000mm,共布置2排,每排8根均匀布置,交叉三星分布;锚杆采用HRB400左旋高强等强螺纹钢锚杆,Φ22mm,L=2500mm,锚固长大于500mm,初锚力大于50kN,终锚力大于100kN。支护材料:预应力灌浆锚索,Ф17.28mm,最大承载力360kN,张拉预应力大于200kN;灌浆用425号普通硅酸盐水泥,W/C=0.4～0.5,添加1.5%～2.5%UNF-4型复合早强高效减水剂;锚杆采用HRB400左旋高强等强螺纹钢锚杆,Ф22mm,树脂药卷CK25500锚固;井圈选用14#槽钢制作;金属网用Ф6mm螺纹钢制作,网孔150mm×150mm。预应力灌浆锚索Φ17.28mm,L=6000mm,每断面拱部布置3根,间排距均为1600mm;注浆锚杆选用Φ25mm×3.5mm钢管制作,L=2000mm,每断面布置8根,间排距均为1600mm,与灌浆锚索间隔布置。3蒙脱石及钠蒙脱石含量当井筒处于构造破碎带或构造应力集中区;或围岩矿物成分中蒙脱石含量超过20%,或钠蒙脱石含量超过10%且有淋水时;或蒙脱石含量不高,但伊利石和高岭石含量高,一般大于50%且裂隙发育又有淋水时,认为处于极不稳定岩层内。3.1锚喷临时支护井筒施工至马头门处时,预留马头门口,锚喷临时支护,两侧改为锚、梁、网、喷、锚注为第1次支护;第2次支护浇灌C60砼,与井筒施工或马头门施工同时进行。3.2锚杆、锚杆布置马头门支护预案设计如图7所示。高强超长锚杆采用HRB400左旋螺纹钢制作,Ф22mm,L=3000mm,树脂药卷CK25500锚固,锚固长度大于1000mm,初锚力大于50kN,终锚力大于150kN,间排距约为800mm×800mm。锚杆托盘扁钢δ=10mm,200mm×200mm碟形托盘;金属网用Ф6mm螺纹钢制作,网孔150mm×150mm;喷射砼强度等级C15,喷厚50～70mm;注浆锚杆选用Ф25mm×3.5mm钢管制作,L=2000mm,间排距1600mm×1600mm,与高强锚杆每间隔2排交叉梅花形布置;注浆锚杆托盘扁钢δ=8mm,规格150mm×150mm,自制;现浇砼,强度等级C60,防水等级P30。4矿井内不稳定围岩支护预案为确保极不稳定围岩中马头门支护结构稳定,以锚注支护为核心,以高强超长锚杆支护为基础,必要时辅以刚性支架、锚索或锚索桁架,柔刚结合的联合支护体系。郭屯煤矿副井马头门段为不稳定围岩,特别是顶板泥岩中蒙脱石含量较高,或遇水软化、泥化、流变,则应有对极不稳定围岩状况下马头门的支护预案,见图8。当井筒掘至马头门上下井筒段时,如围岩为泥岩、砂质泥岩或虽属砂岩但胶结较差,或裂隙发育,破碎严重、泥岩特征较好,但含膨胀性黏土矿物量超过20%,应采用本方案。当确定马头门处于极不稳定围岩中时,出东侧约6m,其支护预案为锚、网、架、喷第1次支护,锚注为第2次支护,浇灌C60砼为永久支护。5高强让压锚杆支护技术1)采用锚注核心技术,综合利用锚杆、锚索、网喷、高强让压锚杆、注浆锚杆和刚性支架