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深井高应力软岩巷道围岩变形破坏机制及控制(2)

时间:2015-10-22 11:42 文章来源:http://www.lunwenbuluo.com 作者:张广超,何富连 点击次数:


  根据上述数值分析以及邢东矿实际地质生产条件与工程经验,综合确定可缩性环形支架参数:环形支架采用大吨位的36U型钢制作,支架由4节构成,节节之间采用热处理的卡缆连接,卡缆间距80mm;长环形断面,顶底部曲线较为平缓,利于支架和顶底板的充分接触;安装时,支架间距800mm,相邻支架用扁钢连杆连接,并采用充填方法保证支架围岩接触密实。
  3.2.3分区注浆加固围岩修复技术
  巷道的稳定性和表面位移M主要取决于岩层原
  岩应力户以及反映岩石强度性质的内摩擦角0和黏聚力C等,它们之间的关系[13]如下:
  11-sin^(户+Ccot^)sin"(1-sin^)2sinp1-sin^2G(pi+Ccot^)2"np/r0sin^
  式中:p为原岩应力;Pi为支护阻力;r。为圆形巷道半径;C为围岩黏聚力;G为围岩的剪切弹性模数。由式(3)可看出:巷道围岩位移随着巷道所处区域原岩应力的増大呈指数函数关系迅速増长;指数的大小取决于围岩的内摩擦角^的变化,^值越大,指数越小,u值増长减缓。邢东矿-980大巷服务时间长,经过多次扩刷整修,围岩经历多次破裂,较深区域裂隙发育,且由于埋藏深度大,巷道仍具有一定程度的围岩应力,仅靠锚杆索支护无法保障煤柱稳定;因此,可采用围岩注浆使裂隙得到充填胶结,减小围岩变形指数,减弱或减缓高应力作用下围岩变形破坏,实现支护与围岩的进一步耦合。其固结修复的作用机理主要体现在以下几个方面[14]:①提高围岩裂隙面的变形刚度和抗剪强度;②浆液固结体的网络骨架作用:巷道围岩的破坏条件由
  原裂隙弱面强度条件向接近岩体强度条件转化;③转变围岩破坏机制:裂隙内充满固化材料或压密后,由二向应力状态转变为三向应力状态,强度増大、脆性减弱、塑性増强,提高围岩强度;④提高锚固结构锚固力:注浆提高破碎围岩整体性和强度,増加围岩可锚性,浆液充填锚杆孔而加长锚固长度,提高锚杆锚固力。
  -980大巷围岩钻孔窥视结果表明:围岩变形破坏为由浅至深逐渐破坏,0~3.0m范围围岩极度破碎,3.0?6.0m范围裂隙发育,6.0m深度以后围岩裂隙逐渐减少,且顶底板围岩破碎深度大于两帮破碎深度。据此,结合邢东矿实际地质生产条件和工程经验确定采用深浅孔交错布置方式注浆,全断面布置8个注浆孔,注浆孔间排距1.5mx3.2m,根据围岩裂隙分布深度,确定注浆孔长度顶底板8m、两帮1m、顶底角2m,以保证锚杆索作用范围内围岩裂隙有效充填固结;注浆材料选用水泥-水玻璃混合浆液,以减少注浆材料消耗和缩短注浆时间。注浆时机选择在滞后掘进头100~150m范围内。
  4工业性试验4.1支护方案
  根据耦合支护原则及-980大巷工程条件,采用以下施工顺序修复巷道:扩刷顶帮至规定尺寸-锚网喷支护-锚索支护-卧底-安装支架-填底-浅孔注浆-深孔注浆-喷射混凝土层。
  -980大巷支护断面如图8所示,具体支护参数如下:巷道断面设计为三心拱形,既可减少无效加固区范围,又有利于高工程偏应力均匀分布。锚杆选用022mmxi3000mm超强左旋螺纹钢锚杆,间排距800mmx800mm,每孔使用S2360和Z2360树脂锚固剂各1卷锚固,配合100mmx100mmx10mm的穹形托盘;网片选用为06mm菱形金属网,网格70mmx70mm,规格长x宽=1100mmx1100mm,网片搭接长度不得小于100mm,搭接处用14号铁丝双股连接,联网间隔200mm;钢筋梯由014mm双筋焊接而成;靠底板处锚杆向下倾斜15°?20°,以减小底角处集中应力,改善底板围岩受力状态,减小底鼓变形。加强锚索选用直径为21.8mm的最新型的1x19丝的锚索,间排距2000mmx800mm,五花眼布置,并沿巷道轴向用2.6m长的14#槽钢连锁,每孔使用1卷S2360和2卷Z2360树脂锚固剂锚固,锚索预紧力不得低于125kN,配合100mmx100mmx15mm钢托盘和木垫片
  使用,以便预留柔性空间,释放巷道变性能。
  可缩性支架选用大吨位的36U型钢制作,支架由4节构成,节节之间搭接长度450mm,卡缆连接,卡缆间距80mm;支架间距800mm,相邻支架用扁钢连杆连接,每架3根;使用编织袋装碎渣配合编织网充填,确保支架与围岩密切接触。注浆孔排式布置,间排距1500mmx3200mm,隔4架一排,注浆孔深度分别为1,2,8m,注浆管长度为0.6,1.2,2.0m,深浅孔交错布置,每排8根,顶板布置3个,两帮各1个,底板布置3个,顶底板两角处注浆孔外摆35°,同时考虑到顶底板围岩破坏深度大,深孔注浆偏于顶底板布置,浅孔注浆偏于两帮。注浆材料选用42.5#普通硅酸盐水泥、水玻璃,浅孔注浆压力第1次为1.0MPa,第2次为2.5MPa,深孔注浆压力为6.0MPa。
  为研究多层次耦合支护效果,在-980大巷布置多个测站,采用十字布点法进行表面位移监测,某典型监测结果表明:扩刷初期,围岩变形速率大于2.5mm/d,60d后围岩变形速率降至1mm/d,顶板最大收敛值193mm,两帮最大收敛值114mm,底板最大收敛值151mm,均在安全范围之内。
  5结论
  1)-980大巷围岩变形具有变形量大、持续时间长、返修率高、破坏性强、自稳时间长等特点,围岩裂隙发育、高地应力、强烈构造应力、水理作用是-980大巷变形破坏的主要因素。
  2)-980大巷围岩属于高应力-膨胀性-节理化(HJS)的应力扩容膨胀型复合地质软岩,巷道失稳动态过程为:围岩裂隙发育、强度低(高应力扰动作用下)-形成大范围破碎-水理、复杂地质构造及流变特性-大变形。提出了"高强锚网喷+大直径高强锚索+36U可缩性环形+滞后注浆加固"的多层次耦合支护方案。
  3)强力锚杆索可有效提高围岩承载能力,控制围岩初期大变形,限制围岩强度的早期衰减;可缩性环形支架可实现围岩中高应力向低应力区转移、扩散,均衡围岩主应力差分布,控制巷道底板变形;注浆加固可提高围岩强度,限制围岩变形増长。
  4)井下试验表明:巷道扩修60d后围岩变形速率降至1mm/d,顶板、两帮、底板最大收敛值分别为193,114,151mm,均在安全范围之内。
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