B080101 锚网壳支护技术在高应力巷道修复中的应用.docVIP

锚网壳支护技术在高应力巷道修复中的应用 周金城 【峰峰集团有限公司，河北 邯郸 056201】 摘 要 针对高应力作用下的巷道不稳定，反复整修，难以实现长期稳定支护的难题，结合井下的施工环境条件，采用理论分析与实践相结合方法，利用锚网壳支护技术，从加强围岩支护强度和提高围岩自身承载能力两方面入手，充分发挥围岩、锚杆、喷射混凝土形成壳体的力学性能，控制围岩变形，实现高应力作用下的巷道整修后长期稳定支护。 关键词 锚网壳支护 整修巷道 长期支护 ---------------------------------------------------------------------- 1 问题的提出 九龙矿位于峰峰煤田东南部，鼓山背斜东翼，矿井北、南、西三面依断层与临近矿井为界，东面以2＃煤层-900m等高线为界，地面标高+120～+180m。矿井1992年投产，生产能力150万t。采取立井多水平，盘区前进、区内后退式开采。一水平大巷-600m，二水平大巷-800m，目前-600m水平大巷还在开拓延伸之中。煤矿岩层总体趋势为单斜构造，井田内次级褶曲、断裂构造发育，断层密布，煤层倾角变化在10～25°之间。矿井含煤地层石炭—二迭系，可采煤层六层，主采2＃煤层。 -600m北二大巷是-600m水平运输巷中的一段巷道，长度400m，巷道埋深750m，该巷不仅是目前矿井北翼主要运输通道，还是矿井-800m水平延深后北翼运输的主要通道。该巷道位于2＃煤层底板下10m，岩层以粉砂岩、泥岩、砂质泥岩为主，局部地段揭露3＃小煤（见图1）。-600m北二水平大巷原支护形式为锚、网、喷+U型钢联合支护，由于巷道所在位置岩性差，围岩强度低；大巷为留煤柱护巷，应力集中；巷道位于背斜轴线附近，构造应力大等因素影响，自1995年巷道施工后，锚喷巷道出现顶和帮开裂、喷层脱落、锚杆拉断、底臌、局部巷道冒顶；支架巷道出现支架变形和折断、局部巷道底臌、冒顶等现象。破坏后的巷道不能满足运输、通行、通风等的需要，给安全生产带来很大威胁。巷道的整修采用过四种支护形式：第一种是锚、网、喷+锚索联合支护（以下简称锚网喷索支护），第二种是架普通36＃U型钢棚支护，第三种是锚、网、喷+锚索+普通36＃U型钢联合支护（以下简称锚网喷索棚支护），第四种是圆形36＃U型钢支护。上面四种支护形式，这些方式的有效支护时间分别是：6～8个月，8～10个月，11～13个月和16～18个月。由于巷道长期不断地整修，严重影响生产的正常进行，为此，峰峰集团与河北工程大学合作，在此巷道开展高应力巷道整修后锚壳支护试验研究，并取得成功。 图1 -600m北二大巷地质柱状图 2 数值模拟 为了深入了解整修巷道围岩应力分布情况、巷道变形规律和围岩受力变化过程，我们进行了数值模拟试验。 2.1 模型建立 采用三维有限差分软件——FLAC3D进行计算分析。根据巷道周围岩层厚度、岩性，巷道周边地质情况，建立模拟现场数值模型。计算模型垂直巷道走向为40m，高度为40m，岩层倾角15°。模型底部固定，两侧及上侧为受力边界，其值均为2.5MPa。模型侧面限制水平移动，底部限制垂直移动，模型其余部分为自由面。数值模拟过程为初始地应力模拟、巷道开挖模拟、锚网喷索支护模拟、架普通36＃U型钢棚支护模拟、锚网喷索棚支护模拟、圆形36＃U型钢支护模拟和锚、网、壳支护（以下简称锚壳支护）模拟。 巷道为直墙半圆拱形，净宽4.6m、净高3.6m。支护形式： （1）锚网喷索支护 锚杆采用直径22mm、长2400m的等强锚杆，间排距为700×700（mm）；锚索直径18.9mm、长7m，间距为1.2m，每排5根，排距1.6m，锚索安设在拱部；铺设用钢筋编织的直径8mm、网格为100mm的金属网；巷道顶、帮喷射混凝土厚度150mm。 （2）普通36＃U型钢棚支护 普通36＃U型钢支架间距700mm。 （3）锚网喷索棚支护 （4）圆形36＃U型钢棚支护 （5）锚壳支护 在锚网喷索支护基础上，增加一层金属网，两金属网间喷射厚度100mm的混凝土；底板采用直径27 mm、长度3.0m的自钻锚杆支护，其间距为1.0m，每排5根，排距1.6m，杆体壁厚6mm，杆体抗拉力为270kN。 2.2 数值模拟试验结果与分析 ① 模拟试验结果：普通36＃U型钢支架支护和锚网喷索支护在载荷达到1.0 MPa时，支护受到较大破坏，载荷达到1.25 MPa时，支护受到严重破坏；锚网喷索棚支护在载荷达到1.25 MPa时，支护受到较大破坏，载荷达到1.5 MPa时，支护受到严重破坏；圆形36＃U U型钢支架支护和锚壳支护载荷达到2.0 MPa时，支护受到轻微破坏，支护体基本保持稳定。 ② -600m北二大巷围岩在自重、开掘及支护后到趋于稳定前这个期间变形量