B080308 柳海矿上仓皮带巷膨胀性软岩巷道支护实践.doc

柳海矿上仓皮带巷膨胀性软岩巷道支护实践 苑秋华1 方体利2 【1-中煤第三建设集团公司第29工程处；2-中煤第三建设集团公司第71工程处,安徽 宿州 234000】 摘 要 高地应力软岩巷道的施工难点是巷道支护，柳海矿上仓皮带巷是典型的高地应力软岩巷道，在该矿同类地层类似巷道中采用常用的支护方法均告失败，煤矿面临报废。通过采用刚隙柔层支护设计，配合科学合理的施工组织和先进的施工工艺，保证了该巷道的支护的成功。文章介绍了上仓皮带巷的支护设计，叙述了超前支护、临时支护和永久支护的支护方式和施工工艺，特别强调了刚隙柔层的施工方法。支护工艺中不但介绍了各道工序的施工顺序和施工方法，而且介绍了施工中的关键技术和注意事项。 关键词 膨胀性软岩 高地应力 巷道 刚隙柔层支护 施工工艺 ----------------------------------------------------------------------- 前 言 柳海矿上仓皮带巷为开拓巷道，周围有运输大巷、装载联络巷等巷道和硐室。在该巷道施工之前，同一地层的部分巷道支护难度很大，曾先后采用了锚网喷、钢筋混凝土预制件、600mm厚现浇钢筋混凝土、锚网喷+U25型钢支架联合支护、锚网喷+U29型钢支架联合等支护形式，但各种支护方式均告失败，巷道和硐室破坏严重，几次返修仍不能保证正常使用。采用中国矿业大学设计的刚隙柔层支护[1]形式后，上仓皮带巷的支护取得了成功。 1 工程地质 上苍皮带巷主要布置在煤2底板、煤2和煤1顶板岩层中。其中煤2底板为浅灰色砂质泥岩和粗砂岩，岩层厚8.65～15.3m，平均厚度11.2m。该岩层为灰白色，局部为泥质互层，结构复杂，普氏硬度系数为f值为2～3。岩石节理不明显，松软易风化，遇水易泥化。煤2为矿井主采煤层，厚度较稳定，一般厚度为1.98～2.47m，平均厚度为2.17m。该煤层含有夹石2～4层，厚度0.05～0.3m。煤1顶板为厚度3～6m含油泥岩和厚度为23.5m的泥岩与泥灰岩互层。含油泥岩为灰黑色、层理发育，易碎，不含水；泥岩与泥灰岩互层，灰色、层面光滑，较致密坚硬，局部含水。根据x射线衍射实验结果可知[2]，含油泥岩和泥岩的膨胀物质含量很高，而岩石自身的承载能力又很低，属于高应力强膨胀型复合软岩，即HS型，H为高应力，S为强膨胀型。 柳海煤矿软岩地层属于第三系地层，第1临界深度约为300m，第2临界深度约为400m。而该矿井底车场埋深大于490m，已超过围岩软化临界深度，岩体均处于非线性工作状态，现有理论已无法解释其力学问题[1,3]。 2 支护方案与参数 2.1 支护形式 上仓皮带巷采用锚、网、喷+锚索+双桁架工字钢圆钢支架进行支护。巷道掘进荒断面为21.07m2，净断面为10.5m2，钢架后预留空间为300mm。采用临时支护和永久支护相结合、多种支护方式相组合的支护方式。巷道断面如下图所示。 上仓皮带巷支护形式断面示意图 2.2 支护参数 2.2.1 临时支护 临时支护的形式为吊挂前探梁。前探梁由两根4吋钢管组成，长度为4m，间距不大于1.2m，用金属锚杆和吊绳固定，吊绳挂在锚杆的托板上。吊绳锚杆的长度为2200mm，用不少于3块K2540型树脂锚固剂锚固；吊绳用直径12.5mm的钢丝绳制作，绳套叉接长度不小于2.5个捻距。前探梁上方用长×宽×厚=1500×200×150（mm）的小板梁和小木板接顶。最大空顶距为4m。 2.2.2 永久支护 （1）锚、网支护 锚杆用直径20mm、长2200mm的高强树脂螺纹锚杆，锚杆间距为800mm，采用菱形布置，底角锚杆的间距为500mm并与水平面呈45°角。用1卷CK2540型和2卷K2540型树脂锚固剂锚固，锚固长度1200mm，拉拔力不小于100kN。锚杆金属托板加垫木托板，木托板规格为200×150×50（mm），金属托板由6mm厚的钢板压制成弧形而成，规格为150×150（mm）。金属网采用6.5mm的钢筋焊接网，规格为1000×700(mm)，网格为100×100(mm)。 型钢支架后面的钢筋网规格与锚杆挂网的规格相同，另外加铺一层10×10(mm)的筛网。 （2）喷射混凝土 初次喷射混凝土的标号为C20，厚度为60mm；2次支架后灌浆混凝土的标号也为C20，喷射至桁架外缘与岩壁接实；3次喷射混凝土覆盖桁架内缘，并保有50mm厚保护层。 喷射混凝土的配比为水泥︰沙子︰石子=1︰2︰2，加入水泥重量6～8%的速凝剂。水泥采用硅酸盐水泥，沙子采用纯净的河沙，石子的粒径小于20mm，石子过筛并用水冲洗干净，速凝剂的型号为J85型。采用人工潮湿拌料，水泥、沙和石子应清底并翻拌三遍使其混合均匀。喷射时，供风压力为0.4MPa，水压比风压高0.1 MPa左右，水灰为0.4～0.5之间。