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东胜矿区某煤矿回采巷道支护方案的研究
2011-04-15
摘 要:通过对东胜矿区某煤矿工程地质情况进行了实地勘察、现场取样,对顶板煤岩体的力学性质进行了测定分析,确定了该矿回采巷道锚注支护方案,并对支护参数进行了设计。
SerialNo.504 April.2011 现ꢀ代ꢀ矿ꢀ业 总 第 504期 MODERNMINING 2011年 4月第 4期 东胜矿区 某煤 矿回采巷 道支 护方 案的 研究 1,2 1 1 狄飞平 ꢀ张金山 ꢀ陈世江 (1.内蒙古科技大学;2.鄂尔多斯安全生产监督管理局) ꢀ ꢀ摘ꢀ要:通过对东胜矿区某煤矿工程地质情况进行了实地勘察、现场取样,对顶板煤岩体的力 学性质进行了测定分析,确定了该矿回采巷道锚注支护方案,并对支护参数进行了设计。 关键词:力学参数;锚注支护;支护参数 # ꢀ东胜矿区某煤矿目前主要开采 3-1煤层,煤 [1] 1ꢀ岩体力学参数 ꢀ 厚 1.85~3.98m,平均煤厚 3.22m,煤层埋深在 80 120m。巷道顶板大都为泥岩、粉砂岩,强度较低, 顶板岩石的力学性质测定主要包括岩石的单轴 抗压强度、单轴抗拉强度、剪切强度、弹性模量、泊松 比、内聚力、内摩擦角等。 ~ 难以维护,目前主要采用锚网联合支护,难维护的地 段用工字钢梯形棚支护,在回采期间需要翻修支护, 严重影响了工作面生产。因此,回采巷道的合理支 护成为该矿采矿工作的一个关键问题。 采样在力学实验室进行力学性能测定并对相关 力学参数进行了分析计算,测定计算结果见表 1。 表 1ꢀ煤岩样力学性能测定计算结果表 单轴 抗压强 度 单轴 抗拉强 度 内 聚力 /MPa 内 摩擦 角 /(°) 弹性 模量 /GPa 容重 密 度 孔隙率 /% 岩石 名称 泊 松比 3 3 / MPa /MPa 0.199 0.370 /(kN/m ) 23.2 /(t/m ) 2.72 顶板 泥岩 5.92 8.30 0.316 1.420 39.98 39.16 4.84 0.264 0.286 5.43 4.68 顶 板粉砂 岩 13.68 24.6 2.65 ꢀ ꢀ从表 1可以看出巷道顶板围岩的力学强度较 # 高围岩的内聚力和内摩擦角,从而提高围岩的整体 稳定性;②浆液在裂隙中充填,加固后封闭裂隙,阻 止水侵入对岩体产生弱化作用,也阻止了围岩进一 步风化;③对破碎松散岩体,由于浆液在裂隙中的胶 结作用,使破碎岩块重新胶结成整块,形成一个可以 承受外荷载的注浆壳,使之与巷道支架共同承载,充 分发挥围岩的自稳能力;④注浆后使得喷层壁厚充 填密实,保证荷载能均匀地作用在喷层和支护上,避 免出现应力集中而首先破坏;⑤注浆后使作用在顶 板上的压力能有效地传递到两帮,通过对帮的加固, 又能把荷载传递到底板,同时由于组合拱厚度的加 大,这样又能减小作用在底板上的荷载集中度,从而 减小底板岩石中的应力,减轻底鼓;⑥注浆加固后能 使普通端锚锚杆实现全长锚固,共同将多层组合拱 连成一体,共同承载,提高了支护结构的整体性。 低,属于典型的软岩;且据钻孔柱状图资料对 3-1 煤层顶板岩石(大多为泥岩和粉砂岩)的描述,其层 理发育,整体稳定性较差,这是造成顶板难管理的主 要原因。 2ꢀ回采巷道支护方案选择与分析 原来目前该矿回采巷道的主要支护方法为锚网 联合支护,难维护的地段用工字钢梯形棚支护,支护 效果不佳,且支护成本较高,平均 5000元 /m左右。 根据已掘巷道,对揭露岩体工程情况以及钻孔资料 分析,并结合巷道顶板岩体力学性质测定结果,同时 参照国内同类型矿山巷道支护情况来看,该矿回采 巷道采用锚注支护较为合适。 [2-3] 注浆加固 可以有效解决松软破碎岩体中的 井巷工程稳定问题,通过采用注浆加固的办法,将破 碎岩体胶结成整体,大大提高了岩体的强度。围岩 注浆的主要作用机理有:①加大弱面上的摩擦力,提 [ 2-5] 3 ꢀ锚注支护参数 .1ꢀ注浆支护参数设计 .1.1ꢀ注浆固化材料的选择 设计 3 3 ꢀ ꢀ狄 飞平(1967—),硕 士 研 究生 ,国 家 注 册 安 全 工 程 师,工 程师 , 注浆材料选择水泥—水玻璃混合浆液,与水泥 014010内蒙古 包头 市。 浆液比较,其胶凝时间短而且可以控制。注浆时混 9 总第 504期ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ ꢀꢀꢀ现代矿业ꢀꢀꢀ ꢀꢀꢀ ꢀꢀ ꢀꢀꢀ2011年 4月第 4期 合浆液首先进入大裂隙,但扩散不远就会凝固封闭, 堵塞大裂隙通道,而后浆液被压入小裂隙,注浆材料 的消耗量少而且注浆效果更好。 3.2ꢀ锚杆支护参数设计 (1)锚 杆 直 径。巷 道 顶 板 锚 杆 直 径 均 为 20 mm,两帮锚杆直径均为 20mm。 3 .1.2ꢀ混合浆液体积比 ( 2)锚杆长度。顶锚杆长度范围为 1.8~2.6 m,帮锚杆长度取值范围为 1.6~2.2m。 3)锚杆支护间排距。每排采用 ꢀ20m×L2400 mm的高强度螺纹钢锚杆 5根,间距 900mm、排距 00mm。 .3ꢀ顶板锚索支护 每隔 4排锚杆(即 3.2m)安装 2套预紧力为 水泥和水玻璃的体积比一般为 1∶(0.3~1.0), 当围岩含水量较多时,选用水玻璃含量较大的配比。 本巷道围岩含水量不大,故选择水泥和水玻璃的体 积比为 1∶0.6。 ( 8 3.1.3ꢀ注浆系统选择 3 注水泥浆液时,一般采用单液泵,注水泥—水玻 璃浆液时,需采用双液泵系统。注浆管采用 ꢀ20mm 钢管制作,壁厚 2.5mm,注浆管长 10m,一端加工 1 00~120kN的锚索。根据煤层顶底板资料,锚索 孔深度确定为 7.5m,锚索长 8m,个别地段锚索孔 深度确定为 10m,锚索长 10.5m。每根锚索采用的 3 00mm螺纹,注浆封孔长度为 2.0m。注浆管未加 工螺纹一端 7.0m长,每隔 500mm钻 2个孔。 .1.4ꢀ注浆压力 树脂药卷为双速 2360一支,Z2360二支,锚固长度 3 # 1 .5m,每根锚索采用一块 400mm长的 18槽钢,一 注浆压力不能太大,以免破坏围岩及喷层,确定 注浆压力为 1.0~1.5MPa,最大不超过 2.0MPa。 块规格为 100mm×100mm×8mm的钢板,一套锁 具。 3.1.5ꢀ注浆孔布置 3 .4ꢀ锚注支护材料费用 注浆孔布置参数包括孔径、孔深、孔间距和孔的 排列方式。孔径通常为 42~60mm;孔深主要根据 被加固岩层的松动圈深度而定,一般选取加固深度 与松动圈深度大体相当;注浆孔的布置应使相邻两 孔固结浆液的径向分布在一定程度上互相渗透,且 浆液的多余部分能充填固结体之间的孔隙。孔的排 列方式一般有行排列及三角形排列 2种;孔间距则 要根据每个注浆孔的扩散半径及孔的排列方式而 定。 经计算每米巷道锚 杆支护材料费用 为 956.6 元,注浆材料费用为 346.8元。每米巷道锚注支护 材料费用共计 1303.4元。该矿以前采用锚网联合 支护,难维护的地段用工字钢梯形棚支护,支护效果 不佳,且支护成本较高,平均每米约 5000元左右。 这样每米巷道支护费用节约 3000元左右,大大降 低了支护成本。 4ꢀ结ꢀ语 根据以上原则,确定注浆孔布置参数:注浆孔排 距为 6.0m;注浆深度应达到煤层顶板粉砂岩的上 边缘,考虑到钻孔及机具条件及施工方便,确定孔深 为 10m,注浆孔间距为1m,每排 4个孔,注浆孔仰 角 20°,中间 2个孔沿着巷道轴向,两侧 2个孔向帮 倾斜 10°。见图 1。 该方案已经在东胜矿区某煤矿得到应用,支护 效果较好,支护费用大大降低,为该矿安全、连续生 产提供有力技术支持。 参ꢀ考ꢀ文ꢀ献 [1]ꢀ郑永 学.矿山 岩体 力学[M].北 京:冶金 工业 出版社 ,1988. [2]ꢀ赵ꢀ 文.岩石 力学 [M].长 沙:中南 大学出 版社 ,2010. [3]ꢀ王 ꢀ 浩.回 采 巷 道 松 软 破 碎 围 岩 注 浆 加 固 与 支 护 技 术 研 究 [D].北京 :中国矿 业大学 ,2008. [4]ꢀ张连 福.软岩 巷 道 锚 注 支护 机 理 分 析 及 工 程 应 用 [D].淮南 : 安徽 理工 大学,2005. 5]ꢀ陈素 彬.软岩巷 道支 护技 术 研究 [J].中 国 矿 业,2010(7):88- 0. [ 9 (收稿日期 2011-01-10) 图 1ꢀ回采巷道注浆孔布置图 10
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