成庄矿640南大巷综合巷修复技术.pdf

2023.7 矿业装备/271 工程概况及实施背景640 南大巷延伸段施工于 2012 年 7 月至 2013 年 5月，服务年限接近 8 年。该巷道掘进断面 5.5m3.8m，采用锚杆支护、锚索补强、喷砼护表，为穿层巷道，设计坡度 5，大部分区域位于 3#煤层底板以下，其中16001800m 前后巷道处于软弱泥岩中，掘进期间出现过帮鼓和底鼓现象，巷道投用后顶板局部区域采取过锚索补强、注浆加固等手段。640 南大巷延伸段 16001800m 前后自投用以来矿压明显显现，常出现顶板浆皮开裂、底鼓等现象。随着服务年限的延长，巷道断面收缩，底鼓量大,严重影响运输，且巷道顶板有淋水，极易出现支护锚索锈蚀腐断，造成顶板垮落，给矿井安全生产造成隐患。采用以往的刷帮、起底，挑顶、补强等单一巷修手段，虽短时间内可以刷大断面、改善运输条件，处理掉顶板浆皮离层等问题。但难以有效根治巷道围岩变形，如若多次进行返修，不仅维护成本十分高昂，而且治理也不彻底，达不到理想效果。2 调研分析巷道围岩变形原因2.1 顶板离层分析在 640 南大巷 16001900m 每隔 50m 增设一组位移测站，实测巷道顶底位移量、两帮位移量，发现两帮移近量基本控制在 0100mm 范围内，变化不明显。顶底移近量在 1001130mm 范围内，且变化较大，在 1670m 拐点大断面处前后 50m 位移量较为明显。且该处顶板有淋水、浆皮开裂。因巷道掘进过程中无相关资料，为定量分析顶板下沉量及底鼓量，对巷道拐点处（1670m）顶底板标高进行了实测，与原始测量数据进行比对，具体情况为：640南大巷拐点 10#导线点处，目前顶板标高为 655.898m，原始记录为 656.003m，顶板下沉量为 105mm；目前底板标高为 652.957m，设计标高为 652.515m，底鼓量达到442mm，测量结果与顶底板移近量基本吻合。说明巷道变形以底鼓为主，顶板变化主要发生在浅部，表现特征为巷道表层破碎、浆皮离层后轻微下沉。640 南大巷拐点附近巷道特征如表 1 所示。2.2 顶板岩性窥视在 640 南大巷 16001900m 施工窥视测点共 8 处，窥视孔深度 613m，采用钻孔窥视仪观察南大巷拐点前后巷道变化区段顶板结构，探明顶板裂隙发育深度和离层成庄矿640南大巷综合巷修复技术赵京（晋城宏圣建筑工程有限公司，山西晋城 048000）摘要：为了解决煤矿中长时间服役巷道的有效支护及返修率过高的难题,针对该矿 640 南大巷运输大巷综合条件复杂的特点，根据当地地质条件，通过顶板离层分析、顶板岩性窥视、钻孔返水记录等各种技术手段进行调研分析，将巷道成型控制、补强支护、注浆疏水措施等综合使用，研究适合 640 南大巷复杂条件的巷道修复技术，达到巷道安全使用的目的。关键词：长时间服役巷道；技术手段；综合修复表1 640南大巷拐点附近巷道特征 位置特征1900m 1850m 1800m 1750m 1700m 1650m 1600m实测巷高/mm3230370033002950267027603070位移量/mm170100450730640330实测巷宽/mm5150510051205150578058505200位移量/mm5010080500备注：640 南大巷 16501700m 处巷道布置由南北方向变为东西方向，1670m 处为拐点。拐点前后拐弯施工巷道超宽，最深处达到 6.8m。巷道净高 3400mm，巷道净宽 5200mm。28/矿业装备 MINING EQUIPMENT工 艺位置，窥视结果如表 2 所示。上述顶板钻孔窥视结果表明：640 南大巷 8 个测点中5 个测点巷道顶板浅部出现松散破碎现象。16001700m区段，即拐点前后 50m。1620m 处离层位置达到 1.9m，超过了锚杆自由段的长度。2.3 顶板钻孔返水情况在顶钻施工窥视孔时，根据其返水颜色及钻进速度来推断顶板岩性特征。16001900m 施工钻孔时返水基本上全部为 13m 灰、39m 黑、9m 以上黑灰，钻进速度对应层位分别为快、快、慢，结合地质说明书得出结论：640 南大巷 16001900m 段为穿层巷道，顶板以上有13m 泥岩，泥岩上方为 3#煤层。泥岩强度较低，受应力集中区和软弱岩层影响，巷道容易变形。3 分析巷道失修、围岩变形的原因根据顶板离层分析、顶板岩性窥视、钻孔返水记录等现场勘查手段综合分析，得出造成南大巷 16001900m处巷道变形的主要原因有：第一，640 南大巷 16001900m处为穿层巷道，拐点附近恰好为强度较低的泥岩。顶板淋水量大加之水沟变形，部分淋水经水沟渗入底板造成泥岩底板遇水膨胀，巷道底鼓现象持续发生，底鼓量大，影响运输。第二，巷道在穿层掘进过程中揭露较多的层理裂隙，巷道浅部受风化影响，顶板轻微下沉，喷层浆皮离层掉落。第三，受大断面影响较大，底鼓、巷道围岩变形最严重区域位于拐点大断面前后 50m 范围内。第四，长期淋水造成锚杆锚固力降低甚至破断、主动支护效果差，悬吊效果减弱。顶板裂隙发育，岩体遇水膨胀后重复作用于顶板，造成顶板下沉。第五，施工断面不合理，矩形断面不利于永久巷道维护1。4 综合巷道修复技术措施4.1 刷大顶底板刷大顶底板、保证运输路线；调整矩形断面改为拱形、加强顶板承载力。将 1670m 拐点前后影响运输区段底板随平、水沟重新支挖并硬化。顶板表面浆皮及400mm 左右的松散破碎层挑顶处理，保证运输高度。挑顶巷修后巷道成圆弧拱形,拱顶（正顶处）距帮部最上处不低于 500mm，顶帮之间支挖随成拱形。拱形巷道可以形成多个压力拱，加强顶板承载力。4.2 减少巷道跨度和消除大断面巷道根据计算规律，可知巷道跨度每增加 1 倍，顶板压力增加 3 倍。所以减少巷道跨度可以有效降低顶板压力。根据现场对 1670m 拐点处（外直内圆）进行砌料石墙，将直角充填，变成弧形巷道，使巷道断面变小跨度基本稳定在 55.5m，减少跨度 1.7m。在保证运输的同时可有效降低拐点顶板压力 60%以上。4.3 根据顶板岩性选择合适的顶板支护参数为保证锚索的有效锚索端在稳定的岩层中，根据返水情况，在 640 南大巷 16001900m 段分别选取 SKP22-1/172011400mm 和 SKP22-1/172015400mm 高强度低松弛预应力钢绞线补强支护，由于巷道表层风化及有淋水，支护锚杆更改为 SKP22-1/17204300mm 高强度低松弛预应力钢绞线。利用长短钢绞线加固相结合，加强主动支护系数。4.4 多层封闭加固顶板施工放水孔减缓顶板淋水，锚网支护后使用喷浆封闭巷道表体，防止顶板不稳定裂隙层风化后破碎，带来安全隐患2。喷浆后施工每排间隔施工两层注浆孔，孔深位置分别与长、短锚索端部位置布置在同一层面。采用高分子堵水加固材料对淋水区域进行注浆加固，既可以充填岩层裂隙，减小淋水；充满锚索钻孔，在锚索端部形成一道堵水屏障，避免水顺着锚索下流，起到支护材料防腐作用3。具体如下：第一，采用双液注浆工艺，注浆材料使用联邦加固注浆材料（AB 料）。第二，注浆设备：使用 ZB18/120-11 型矿用液压注浆泵，电机功率 11kW，2 个电动搅拌桶，桶底直径 0.7m、桶高 0.7m、容积为 0.27m3，以及清洗用水桶。第三，注浆管采用镀锌钢管和铝塑管，长度 6m，孔口管可以采用 1.5m 长的 DN15 镀锌钢管加工，1416 型铝塑管，管身后部需加工射浆孔，射浆孔直径 5mm，间距表2 640南大巷顶板钻孔窥视结果序号位置/m钻孔深度/m窥视结果116206顶板400mm以下松散破碎，1.2m、1.3m、1.6m 和 1.9m 处有离层2163012顶板 700mm 以下孔壁破碎，其余位置光滑完好3166010顶板 300mm 以下松散破碎，0.9m 处有离层现象4170010孔壁整体光滑完好5175010200mm 范围内离层破碎，其余层位孔壁光滑完好6180010300mm 范围内离层破碎，其余层位孔壁光滑完好7185013孔壁整体光滑完好8190012.51.7m 和 3.0m 位置发育横向裂纹，其余层位孔壁光滑完好2023.7 矿业装备/29参考文献1 张建林.软岩巷道底鼓综合治理技术研究及应用 J.煤炭工程,2018,50(3):50-52.2 汪占领.深部动压软岩巷道底鼓控制技术研究 J.煤炭工程,2017,49(7):55-57.3 王杨.构造破碎带复合顶板巷道围岩加固技术 J.煤炭与化工,2019,42(7):32-34.200300mm。第四，注浆材料及配比、水灰比：注浆材料使用联邦加固双液注浆料（AB 料），每袋 25Kg，两种注浆料配比为 1:1（体积比）,各自水灰比为 0.81:1（体积比），现场根据实际情况适当调整。第五，注浆钻孔和注浆孔布置：640 南大巷在巷道两帮施工注浆孔，注浆孔布置如图 1 所示，排拒 6m，孔深 6m，三花布置，钻孔施工可根据现场帮部锚杆、锚索施工情况适当调整位置，应尽量施工在锚杆、锚索的空挡区域。第六，注浆工艺参数：注浆压力：注浆压力 68MPa较为适宜，当漏浆严重时，应适当降低注浆压力。单孔注浆量：单孔注浆量与围岩破碎范围、浆料扩散范围、材料凝固速度等有关，预计单孔注浆量约 70kg，约 3 袋（25kg/袋），浆料约 0.9t(水灰比 0.8:1)。注浆时应坚持持续注浆，一般应注至不进浆为止，终浆结束时应稳压至 68MPa。注浆水灰比：正常注浆水灰比 0.8:11:1，漏浆严重时可适当减低水灰比，最低控制在 0.7:1。注浆封孔水灰比为 0.7:1。注浆封孔：封孔深度 0.81m，漏浆严重时封孔长度增加至 2m。使用棉纱蘸取浆液缠绕在铝塑管外围，塞至孔内封孔。如果漏浆严重时，可以采用封孔管封孔，用棉纱封堵两端，中间灌注双液浆的方法封孔。封孔段两端钢管上缠棉纱，在封孔段注入封孔浆液，20min 后即可实施注浆。封孔时需注意适当降低水灰比，让浆液在混合管内停顿 23min，拔出出浆管后，应在孔口位置稍补注一些浆液。注浆完成后，在巷道帮部斜向上施工 1 排放水孔。孔深比长锚索端部位置长 0.5m。可以给顶板裂隙水一个释放空间，有效减少顶板支护层淋水强度。孔内用导管将淋水引至水沟内。4.5 增强底板整体性对底板施工灌浆锚索进行支护，钢筋梯连锁、纵横交错布置，硬化时全断面一次完成，减轻底鼓程度。同时在巷道两帮底角进行注浆，加强两帮的支撑力。具体如下：在巷道底板按 2-0-2-0 布置方式施 SKP22-1/17204300高强度低松弛预应力钢绞线进行补强，并使用规格为SB16-280-5200-3型钢筋梯梁将锚索前后、左右连锁，钢筋梯梁呈“井”字型布置。钢绞线安装时一并将灌浆铝塑管安装到位，灌浆铝塑管安装长度约4m，外露500mm。而后采用联邦加固注浆材料（AB料）进行灌浆（封孔工艺、灌浆压力、灌浆量参照注浆参数），待灌浆完毕后对钢绞线进行涨拉，钢绞线预紧力不小于150kN（锚索涨拉仪MQ22-450/40对应值为19.8MPa），视为合格。4.6 巷道水沟固化灌浆锚索支护的同时，采用 C20 混凝土对巷道水沟进行维修、加固，水沟底板及两侧浇筑混凝土厚度 100mm，抑制顶帮淋水侵入硬化面以下的底板，侵蚀巷道底板，对巷道底板灌浆区域进行保护性封闭。4.7 设置监测点巷修结束后，在巷道区域设置顶板离层仪和巷道表面位移测点，定期监测，起到警示作用并提供数据支持。5 结束语640 南大巷自 2020 年 6 月巷修完成后，顶板淋水量减少、顶板压力下降。至今约 1 年时间根据顶板离层仪显示，顶底板移近量最大达到 12mm，基本无变化，顶板压力显现不明显，除部分喷浆层受风化脱落外，其他均显示正常。综合巷修技术基本实验成功。综合巷道修复技术，可以在复杂地点巷修时灵活取用，且修复后稳定周期长。避免短期内多次进行重复巷修，巷修频次由原来的每年 1 次巷修增长为 3 年一次，按照每次 24 万元进行核算，可节约 48 万元。降低了不必要的人力、物力投资