深井矿山工程加固技术.ppt

2019 12 28 0 深井矿山工程加固技术 山东科技大学矿山工程研究所中煤学会矿井建设专业委员会委员中煤协会支护专业委员会专家组成员王明远教授 2019 12 28 1 一 深井概述1 深井的概念目前一般认为 垂深 400m浅矿井 400 800m中深矿井 800 1200m深矿井 1200m超深矿井 在相同的地质条件下 巷道埋藏越深 支护越困难 2 深井带来的问题 1 应力高 自重应力通常大于18MPa 近期测试的深井巷道水平应力多大于垂直应力 最大水平主应力达58MPa 有些深井常发生岩爆现象 开采中形成冲击地压 2 地温高 一般达32 46 个别高达50 60 3 渗透水压力大 深井水相互贯通 渗透压达7 8MPa 4 瓦斯涌出量大 煤层瓦斯在高压高温作用下 从煤层中溢出 危害矿井安全 2019 12 28 2 3 巷道埋深与稳定的关系根据矿井调查和实践研究统计分析 当围岩单轴抗压强度在40 60Mpa的中硬岩中 拱形巷道断面12 20m2条件下 采用常规的锚网喷支护形式 锚杆规格 16 18 1800 2000 mm的MSGLW 335无纵肋螺纹钢树脂锚杆 间排距800 800mm 4mm钢筋网 网格100 100mm 喷射100mm厚的C20混凝土的支护结构形式时 巷道埋深与变形情况如表1所示 2019 12 28 3 表1巷道埋深与变形情况统计表 2019 12 28 4 二 影响巷道稳定的因素1 客观因素 1 围岩性质围岩性质包括岩石性质和岩体性质 岩石性质 主要是强度指标 Rc 岩体性质 层理 节理和裂隙等 2 岩层物相 产生膨胀 蠕变 流变的矿物成分 如蒙托石 伊利石 高岭石的含量 3 地应力与地质构造重点是位于向斜 背斜轴部 与断层走向一致或过断层段的巷道 4 地下水 水温 含水层 含水带的沟通 5 地温 如龙固 赵楼矿高达42 48 2019 12 28 5 2 主观因素 1 巷道布置于开挖顺序两条巷道平行 其间隔岩柱小于巷道开挖宽度的3倍时 产生应力叠加 先开挖巷道受后开挖巷道再次应力分布叠加 更易使巷道变形破坏 2 巷道断面尺寸和形状巷道开挖表面积与巷道稳定程度成反比 其形状越接近圆形越有利于稳定 3 支护材料与结构形式支护材料主要是强度和弹塑性 结构形式主要指改变围岩应力状态的方式 如锚杆 锚索起悬吊 挤压 加固作用 网喷起表面封闭和调节应力集中作用 注浆则将松散破碎岩体粘结成整体 起固结强化并改善围岩应力状态等主动支护作用 2019 12 28 6 4 支护参数支护参数主要指材料的强度 规格 型号 结构原理 方式 支护结构在围岩中的布置密度 形式等 如锚杆材料 锚固形式 直径 长度 锚固力 预紧力 锚杆布置方式 间排距等 重点是支护强度大于外力强度临界值 5 施工工艺与质量开挖方式对围岩扰动程度和范围 所以光面爆破 降低装药量是保护围岩的有效方法 支护顺序和时间 支护设备及工艺过程 施工操作执行力与质量标准 检验评价方法 质量管理方法 质量控制体系等 前五条为客观因素 后五条为主观因素 2019 12 28 7 三 控制巷道围岩的主要途径1 提高围岩自身强度 1 基本原理 先抗后让 强支弱护 保持完整 减少松动 内实外松 近压远拉 环带连续 异体胶结 2 主要支护形式 锚 网 喷 索 梁 注 3 主要支护材料 锚杆及配件 高强 预应力 缓压 精加工 拱形托盘 转动垫圈 长锚固段 杆体强度KMG500以上的钢材 22mm L 2m 锚固端 600mm 延伸率2 3 见图1高强预应力锚杆 2019 12 28 8 高强高预应力让压锚杆 让压前图片预应力让压锚杆 让压后图片图1高强高预应力让压锚杆结构图 美国济宁捷马公司产品 2019 12 28 9 合理参数 3 锚索 17 78mm 预应力 150kN 最大承载力 320kN 长度一般为6 8m 锚固端长 1200mm 加固重点是巷道两肩的应力集中带 4 锚注加固 加固带 1 1 5倍锚固带 注浆 水泥浆为主 注浆锚杆 图2 3 2019 12 28 10 图2注浆锚杆结构图 图3高压注浆锚杆结构图 2019 12 28 11 2 应力转移 卸压 1 反底拱 2 让压带 让压层 3 卸压巷 4 卸压槽 5 卸压钻孔 6 爆破松动 2019 12 28 12 四 深井巷道支护加固实例1 实践矿井概况 2019 12 28 13 2 唐口矿研究治理方案 1 巷道 硐室破坏情况 如图4 7所示 图4唐口矿巷道拱肩部位变形开裂 2019 12 28 14 图5唐口矿巷道底臌1 2m 2019 12 28 15 图6唐口矿大巷底角锚喷网支护后开裂 2019 12 28 16 图7唐口矿泵房40 工字钢梁发生弯曲 2019 12 28 17 2 主要加固方案 图8唐口矿泵房加固结构图 无泵基础 2019 12 28 18 图9唐口矿胶带机头硐室加固结构图 2019 12 28 19 锚注及平面锚索桁架 注浆锚索及锚梁 反底拱梁 防水让压层 3 加固效果 如图10 12所示 2019 12 28 20 图10唐口矿中央水泵房平面锚索桁架加固治理后状况 2019 12 28 21 图11唐口矿变电所锚索梁加固治理后状况 2019 12 28 22 图12唐口矿大巷加固治理后状况 2019 12 28 23 5 新掘巷道预案机制 抗 让 卸 固 抗 让 防3 济西矿研究治理方案 1 巷道 硐室破坏情况 如图13 15所示 2019 12 28 24 图13济西矿巷道底臌破坏图 2019 12 28 25 图14济西矿巷道围岩挤压变形后断面缩小 2019 12 28 26 图15济西马头门钢筋混凝土开裂 2019 12 28 27 2 加固方案 图16济西矿马头门及其连接部分加固修复图 高强锚杆 注浆锚索 注浆锚杆 2019 12 28 28 图17济西矿断面马头门连接部锚注法加固结构布置图 2019 12 28 29 3 预案机制及效果 如图18 20所示 图18济西矿马头门开裂变形及加固情况 2019 12 28 30 图19济西矿马头门浇灌混凝土段加固后的情况 2019 12 28 31 图20济西矿锚喷巷道加固情况 2019 12 28 32 4 彭庄矿研究治理方案 1 巷道 硐室破坏情况 图21彭庄矿大巷岩层结构情况 2019 12 28 33 2 矿压观测 3 预案机制 4 主要方案及效果 硐室煤层置换技术 高强锚杆 锚索 锚带技术 2019 12 28 34 5 枫嵩矿研究治理状况 图22枫嵩矿U型钢支护巷道变形情况 2019 12 28 35 6 龙固 赵楼 郭屯矿预案研究 1 岩层及工程概况 图23赵楼矿贯通段破坏情况 2019 12 28 36 2 深井巷道围岩控制方案 地质构造分析和地应力测试 岩层物相化验分析 多波地震超前地质探测 见图25 巷道收敛变形监测 锚杆 锚索受力测试 围岩应力 应变监控系统 工程跟踪监测预案 支护结构优化设计 2019 12 28 37 图24龙固矿多波地震超前地质探测 2019 12 28 38 五 锚注技术 锚注技术是通过注浆锚杆向围岩内注入浆液的一种加固技术 在国内已经推广应用十几年 在矿山和地下工程中发挥了很大的作用 对治理高应力巷道 松散破碎围岩巷道 极不稳定巷道具有良好的效果 1 注浆锚杆也称外锚内注锚杆 既是注浆管 又是锚杆 见图25 图25注浆锚杆 2019 12 28 39 1 杆体 20 25mm钢管制作 内端可加锚固剂锚固 钢管钻孔 外端螺纹与止浆阀连接 并套有橡胶止浆塞 待注浆完毕 套上托盘拧紧螺母即可 2 注浆液 有单液浆 双液浆和化学浆几种 一般情况采用单液浆 即用42 5R或52 5R普通硅酸盐水泥 水灰比0 4 0 6 加2 的UNF 4型复合早强高效减水剂 化学浆优先推荐改性尿醛树脂浆液 2019 12 28 40 3 注浆参数 注浆压力 一般控制在2 0MPa以内 正常不超过3 0MPa 由低到高缓慢升压 以使浆液渗透到围岩裂隙中去 当压力升至2MPa时 应暂停注浆 如压力低于1MPa 且仍能进浆说明裂隙仍未充填密实 应继续至2MPa为止 注浆量 由于围岩裂隙差异 每孔注浆量一般在50 100kg水泥 先注孔可达300kg以上 如果注浆量过大 说明裂隙太大或沿某一通道浆液流失 起不到封水或加固围岩的作用 应停止注浆检查原因 扩散范围 浆液的扩散范围与裂隙大小 浆液浓度 注浆压力有关 合适的扩散半径在1 0 2 0m左右 扩散范围过大造成浪费 2019 12 28 41 注浆时间 在满足压力 注浆量 扩散范围的前提下灵活掌握 如裂隙发育 浆液量较大 压力较高 扩散效果合适 时间可短 反之适当延长注浆时间 4 注浆锚杆施工工艺 钻孔 采用凿岩机或其它钻眼设施钻孔 安装锚杆 将注浆锚杆送至孔底 封孔止浆 采用止浆塞封孔 用橡胶塞或黄麻等止浆 注浆 将注浆管路和注浆锚杆连接好 进行注浆作业 每孔注浆时间为3 5min 可多孔同时注浆 每断面要从下而上对称注浆 最后注顶孔 纵向可间排隔孔注浆 2019 12 28 42 安设锚杆托盘 拆下孔口阀 安设托盘 上紧螺母 5 注浆施工工艺 运料与拌浆 即将水泥与水按规定水灰比拌制水泥浆 保证在注浆过程中不发生吸浆笼头堵塞等现象 并根据需要调整浆液参数 注浆泵的控制 根据巷道注浆变化情况 即时开 停注浆泵 并时刻注意观察注浆泵的注浆压力 以免发生堵塞崩管现象 孔口管路连接 应注意前方注浆情况 及时发现漏浆 堵管等事故 并掌握好注浆量及注浆压力 及时拆除和清洗注浆阀门 注浆施工工艺如图26所示 2019 12 28 43 图26注浆施工工艺流程 2019 12 28 44 2 锚注施工技术要求及安全措施 要保证注浆锚杆的设计间排距 并要求垂直于岩面 底脚注浆锚杆下扎45 要严格控制孔深 使其与锚杆长度配套 使用快硬水泥药卷应按规程作业 严格控制泡水时间 并保证砸实以满足止浆强度 浆液配比和水灰比应严格按设计要求 不得随意增加水灰比 开机前应检查喷层和管路 检查阀门是否完全开启 管路接头是否牢靠 严密 有效 注浆机械应由专人负责 有专人监读表头 注浆人员要经过培训 考核合格后才能上岗 注浆时要加强信号联系 保证注 停及时 反应快速 2019 12 28 45 遇到漏浆时 可暂停注浆 采取措施封堵渗漏处后再行注浆 注浆的孔口阀应注浆后30min内拆除 拆下的阀门要及时清洗干净 然后抹上机油备用 注浆人员注意劳动保护 防止浆液材料烧伤眼睛或皮肤 每班注浆完毕 要及时清洗注浆泵及其管路 及时维护 注浆情况及参数应专人负责控制 专人记录 填写锚注记录 3 重点强调的关键技术 1 水灰比及减水剂应严格按设计配置 不得随意增减 2 注浆量与压力按规定操作 但要根据效果灵活调整 2019 12 28 46 3 注浆顺序 一个断面内从两帮底角 由下向上逐孔注浆 最好两边对称 最后注顶部注浆锚杆孔 在巷道纵向由外向内推进 间排注浆 先注1 3 5排 随后再注2 4 6排 这样有复注互补作用 更有利于提高注浆效果 4 质量检查和补注 对锚注后的巷道 一般7天后要进行质量检查 即在巷道每10m选一断面 钻3个孔 分别在顶部 两帮 安装注浆锚杆复注 如压力小于1MPa仍进浆 应补注 直到合格为止 补注的参数同前 检查孔也是补注孔 2019 12 28 47 六 总结1 一次加固 防止离层大变形支护结构形式 2 高强 预应力 让压支护材料 3 加强现场原位测试 按客观条件及时调整支护方案与参数 4 找准变形量与时间关系曲线 及时采取锚注等有效的加固措施 见图27 5 抗的有力 让的适度 卸的合理 注的牢固 图27某矿区800 1100m巷道围岩变形曲线1 脆性硬岩 2 中硬岩 3 塑性岩层 2019 12 28 48 谢谢 单位 山东科技大学地址 山东省泰安市岱宗大街223号电话 0538 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