井巷马头门硐室支护工艺的优化.docx

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井巷马头门硐室支护工艺的优化

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摘要:井筒马头门是提升系统的瓶颈,一旦破坏,一方面维修较困难;一方面直接制约矿井正常生产,影响矿井经济效益。某煤矿主、副井马头门落于断层破碎带中,岩体强度低,巷道原设计支护方式为锚网喷、钢筋、混凝土联合支护,巷道施工一个月后,混凝土出现局部开裂现象。为保证马头门支护强度和服务年限,对其进行了壁后注浆充填和锚索群支护研究,通过对顶板移近量、两帮移近量的观测,表明该加强支护方式取得了预想效果。

关键词:破碎带;马头门;加固;壁后注浆;锚索群

某矿井采用立井单水平上、下山开拓方式,回采煤层为3下煤层,煤质为优质无烟煤。矿井设计主、副、风井,井筒施工方法为普通爆破法。

1基本概况

1.1主、副井井筒

主、副井井筒净直径设计分别为4.5m、5.5m,地面标高均为+155.5m。主井井筒实际井深为381m(含井底水窝10m),马头门底板标高-215.5m;副井井筒实际井深为389.4m(含井底水窝18m,原设计井筒深度为393m),马头门底板标高-216.1m。主、副井井深0~150m冲积表土层混凝土强度均为C35,井壁壁厚分别主要为500mm、550mm;基岩段混凝土强度均为C40,井壁壁厚分为为400mm、450mm。

1.2主、副井马头门

主井马头门:主井马头门单侧规格为净宽×净高×净长=4000mm×3900mm×5000mm,支护方式为锚网+单层钢筋+混凝土支护。锚杆规格:φ20mm、L2000mm树脂锚杆,间排距均为800mm;钢筋规格:φ20mm;混凝土强度C30,壁厚400mm。

副井马头门:副井马头门单侧规格为净宽×净高×净长=5200mm×5500mm×5250mm,支护方式为锚网喷+双层钢筋+混凝土支护。锚杆规格:φ18mm、L2000mm树脂锚杆,间排距均为800mm,抗拔力不低于8t;钢筋规格:φ18mm;混凝土:喷射混凝土强度C20,喷厚100mm,浇筑混凝土强度C40,壁厚500mm(图1)。

图1:副井马头门剖面图

鉴于主、副井马头门落底于相同层位,破坏机理近似,本文主要以副井马头门加固方式进行阐述。

2施工存在问题

2.1副井井筒

副井井筒掘进至井深362m时遇一推断落差为13m的正断层,井深354~374m局部见煤线,岩层为泥岩、砂质泥岩,岩性破碎,岩体块度小、强度低,且伴有水流现象,施工时井筒岩层易片帮,影响井壁混凝土浇筑质量及副井井筒马门头落底位置的确定,致使井深362~370m未按设计铺设双层钢筋支护。副井马头门于井底水窝施工结束后上提吊盘开口(未预留马头门开口位置),马头门放炮破除井壁混凝土造成井深358~370m井壁出现不同程度的开裂现象。

2.2副井马头门

副井井筒在井深268m处进行工作面第三次探放水,1#钻孔(方位角160)在深度415m遇水,单孔涌水量80m3/h。为保证井底水窝与涌水点间超前岩柱安全距离,同时使井底水仓远离奥灰水,副井马头门选择布置在断层带中。另,1#钻孔遇水注浆复钻时,钻孔出现偏孔且封孔质量不理想,副井北马头门(方位角200)掘进遇该偏孔,钻孔内涌水量约6m3/h,造成北马掘进时冒顶,影响井壁的稳定性。

另,主、副井马头门浇筑混凝土局部开裂及剥离,混凝土剥离处显示混凝土存在离析现象,影响混凝土强度。

3加固方案

井巷掘进后围岩原三向受力平衡状态被二向受力取代,原平衡状态被打破,矿山压力重新分布、平衡。矿压压力大于井巷支护强度时,即造成井巷破坏。井筒马头门是提升系统的瓶颈,一旦破坏,一方面维修较困难;一方面直接制约矿井正常生产,影响矿井经济效益。

为保证主、副井马头门支护强度和服务年限,对其进行了壁后注浆充填和锚索群支护研究,对副井井筒358~370m段井壁开裂段采取壁后注浆充填和锚索、锚杆、井圈加固处理(井筒段此处不作阐述)。

锚杆、锚索支护原理有悬吊作用、减小跨度作用、组合梁作用和挤压应力拱作用。结合该地段地质岩性及实际施工情况,先采取壁后注浆充填空洞、裂隙,将破碎岩体胶结成一整体,减少岩体位移空间,提供岩层自身承载能力;后进行锚索群支护,利用锚索群形成大范围、高强度挤压应力拱,进一步承载矿山压力。

3.1壁后注浆

注浆锚杆规格:1吋钢管,L1500mm,钻孔孔深3000mm,间排距均为2000mm,采用玻璃水、水泥封孔,注浆单液浆水灰比为1:0.5~1:1,注浆压力不超过1.0MPa,水泥为P.C32.5复合硅酸盐水泥。

3.2锚索群

3.2.1锚索群参数设计

副井马头门单侧规格:净宽×净高×净长=5200mm×5500mm×5250mm,锚索群间排距设计均为2000mm,每排7组,总计42组(图4、图5),锚索群抗拔力不低于50t,锚索托盘规格:长×宽×厚=400mm×400mm×20mm。

锚索群孔深度为

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