深井礦山工程加固技術(shù).ppt

2019 12 28 0 深井礦山工程加固技術(shù) 山東科技大學礦山工程研究所中煤學會礦井建設專業(yè)委員會委員中煤協(xié)會支護專業(yè)委員會專家組成員王明遠教授 2019 12 28 1 一 深井概述1 深井的概念目前一般認為 垂深 400m淺礦井 400 800m中深礦井 800 1200m深礦井 1200m超深礦井 在相同的地質(zhì)條件下 巷道埋藏越深 支護越困難 2 深井帶來的問題 1 應力高 自重應力通常大于18MPa 近期測試的深井巷道水平應力多大于垂直應力 最大水平主應力達58MPa 有些深井常發(fā)生巖爆現(xiàn)象 開采中形成沖擊地壓 2 地溫高 一般達32 46 個別高達50 60 3 滲透水壓力大 深井水相互貫通 滲透壓達7 8MPa 4 瓦斯涌出量大 煤層瓦斯在高壓高溫作用下 從煤層中溢出 危害礦井安全 2019 12 28 2 3 巷道埋深與穩(wěn)定的關(guān)系根據(jù)礦井調(diào)查和實踐研究統(tǒng)計分析 當圍巖單軸抗壓強度在40 60Mpa的中硬巖中 拱形巷道斷面12 20m2條件下 采用常規(guī)的錨網(wǎng)噴支護形式 錨桿規(guī)格 16 18 1800 2000 mm的MSGLW 335無縱肋螺紋鋼樹脂錨桿 間排距800 800mm 4mm鋼筋網(wǎng) 網(wǎng)格100 100mm 噴射100mm厚的C20混凝土的支護結(jié)構(gòu)形式時 巷道埋深與變形情況如表1所示 2019 12 28 3 表1巷道埋深與變形情況統(tǒng)計表 2019 12 28 4 二 影響巷道穩(wěn)定的因素1 客觀因素 1 圍巖性質(zhì)圍巖性質(zhì)包括巖石性質(zhì)和巖體性質(zhì) 巖石性質(zhì) 主要是強度指標 Rc 巖體性質(zhì) 層理 節(jié)理和裂隙等 2 巖層物相 產(chǎn)生膨脹 蠕變 流變的礦物成分 如蒙托石 伊利石 高嶺石的含量 3 地應力與地質(zhì)構(gòu)造重點是位于向斜 背斜軸部 與斷層走向一致或過斷層段的巷道 4 地下水 水溫 含水層 含水帶的溝通 5 地溫 如龍固 趙樓礦高達42 48 2019 12 28 5 2 主觀因素 1 巷道布置于開挖順序兩條巷道平行 其間隔巖柱小于巷道開挖寬度的3倍時 產(chǎn)生應力疊加 先開挖巷道受后開挖巷道再次應力分布疊加 更易使巷道變形破壞 2 巷道斷面尺寸和形狀巷道開挖表面積與巷道穩(wěn)定程度成反比 其形狀越接近圓形越有利于穩(wěn)定 3 支護材料與結(jié)構(gòu)形式支護材料主要是強度和彈塑性 結(jié)構(gòu)形式主要指改變圍巖應力狀態(tài)的方式 如錨桿 錨索起懸吊 擠壓 加固作用 網(wǎng)噴起表面封閉和調(diào)節(jié)應力集中作用 注漿則將松散破碎巖體粘結(jié)成整體 起固結(jié)強化并改善圍巖應力狀態(tài)等主動支護作用 2019 12 28 6 4 支護參數(shù)支護參數(shù)主要指材料的強度 規(guī)格 型號 結(jié)構(gòu)原理 方式 支護結(jié)構(gòu)在圍巖中的布置密度 形式等 如錨桿材料 錨固形式 直徑 長度 錨固力 預緊力 錨桿布置方式 間排距等 重點是支護強度大于外力強度臨界值 5 施工工藝與質(zhì)量開挖方式對圍巖擾動程度和范圍 所以光面爆破 降低裝藥量是保護圍巖的有效方法 支護順序和時間 支護設備及工藝過程 施工操作執(zhí)行力與質(zhì)量標準 檢驗評價方法 質(zhì)量管理方法 質(zhì)量控制體系等 前五條為客觀因素 后五條為主觀因素 2019 12 28 7 三 控制巷道圍巖的主要途徑1 提高圍巖自身強度 1 基本原理 先抗后讓 強支弱護 保持完整 減少松動 內(nèi)實外松 近壓遠拉 環(huán)帶連續(xù) 異體膠結(jié) 2 主要支護形式 錨 網(wǎng) 噴 索 梁 注 3 主要支護材料 錨桿及配件 高強 預應力 緩壓 精加工 拱形托盤 轉(zhuǎn)動墊圈 長錨固段 桿體強度KMG500以上的鋼材 22mm L 2m 錨固端 600mm 延伸率2 3 見圖1高強預應力錨桿 2019 12 28 8 高強高預應力讓壓錨桿 讓壓前圖片預應力讓壓錨桿 讓壓后圖片圖1高強高預應力讓壓錨桿結(jié)構(gòu)圖 美國濟寧捷馬公司產(chǎn)品 2019 12 28 9 合理參數(shù) 3 錨索 17 78mm 預應力 150kN 最大承載力 320kN 長度一般為6 8m 錨固端長 1200mm 加固重點是巷道兩肩的應力集中帶 4 錨注加固 加固帶 1 1 5倍錨固帶 注漿 水泥漿為主 注漿錨桿 圖2 3 2019 12 28 10 圖2注漿錨桿結(jié)構(gòu)圖 圖3高壓注漿錨桿結(jié)構(gòu)圖 2019 12 28 11 2 應力轉(zhuǎn)移 卸壓 1 反底拱 2 讓壓帶 讓壓層 3 卸壓巷 4 卸壓槽 5 卸壓鉆孔 6 爆破松動 2019 12 28 12 四 深井巷道支護加固實例1 實踐礦井概況 2019 12 28 13 2 唐口礦研究治理方案 1 巷道 硐室破壞情況 如圖4 7所示 圖4唐口礦巷道拱肩部位變形開裂 2019 12 28 14 圖5唐口礦巷道底臌1 2m 2019 12 28 15 圖6唐口礦大巷底角錨噴網(wǎng)支護后開裂 2019 12 28 16 圖7唐口礦泵房40 工字鋼梁發(fā)生彎曲 2019 12 28 17 2 主要加固方案 圖8唐口礦泵房加固結(jié)構(gòu)圖 無泵基礎(chǔ) 2019 12 28 18 圖9唐口礦膠帶機頭硐室加固結(jié)構(gòu)圖 2019 12 28 19 錨注及平面錨索桁架 注漿錨索及錨梁 反底拱梁 防水讓壓層 3 加固效果 如圖10 12所示 2019 12 28 20 圖10唐口礦中央水泵房平面錨索桁架加固治理后狀況 2019 12 28 21 圖11唐口礦變電所錨索梁加固治理后狀況 2019 12 28 22 圖12唐口礦大巷加固治理后狀況 2019 12 28 23 5 新掘巷道預案機制 抗 讓 卸 固 抗 讓 防3 濟西礦研究治理方案 1 巷道 硐室破壞情況 如圖13 15所示 2019 12 28 24 圖13濟西礦巷道底臌破壞圖 2019 12 28 25 圖14濟西礦巷道圍巖擠壓變形后斷面縮小 2019 12 28 26 圖15濟西馬頭門鋼筋混凝土開裂 2019 12 28 27 2 加固方案 圖16濟西礦馬頭門及其連接部分加固修復圖 高強錨桿 注漿錨索 注漿錨桿 2019 12 28 28 圖17濟西礦斷面馬頭門連接部錨注法加固結(jié)構(gòu)布置圖 2019 12 28 29 3 預案機制及效果 如圖18 20所示 圖18濟西礦馬頭門開裂變形及加固情況 2019 12 28 30 圖19濟西礦馬頭門澆灌混凝土段加固后的情況 2019 12 28 31 圖20濟西礦錨噴巷道加固情況 2019 12 28 32 4 彭莊礦研究治理方案 1 巷道 硐室破壞情況 圖21彭莊礦大巷巖層結(jié)構(gòu)情況 2019 12 28 33 2 礦壓觀測 3 預案機制 4 主要方案及效果 硐室煤層置換技術(shù) 高強錨桿 錨索 錨帶技術(shù) 2019 12 28 34 5 楓嵩礦研究治理狀況 圖22楓嵩礦U型鋼支護巷道變形情況 2019 12 28 35 6 龍固 趙樓 郭屯礦預案研究 1 巖層及工程概況 圖23趙樓礦貫通段破壞情況 2019 12 28 36 2 深井巷道圍巖控制方案 地質(zhì)構(gòu)造分析和地應力測試 巖層物相化驗分析 多波地震超前地質(zhì)探測 見圖25 巷道收斂變形監(jiān)測 錨桿 錨索受力測試 圍巖應力 應變監(jiān)控系統(tǒng) 工程跟蹤監(jiān)測預案 支護結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計 2019 12 28 37 圖24龍固礦多波地震超前地質(zhì)探測 2019 12 28 38 五 錨注技術(shù) 錨注技術(shù)是通過注漿錨桿向圍巖內(nèi)注入漿液的一種加固技術(shù) 在國內(nèi)已經(jīng)推廣應用十幾年 在礦山和地下工程中發(fā)揮了很大的作用 對治理高應力巷道 松散破碎圍巖巷道 極不穩(wěn)定巷道具有良好的效果 1 注漿錨桿也稱外錨內(nèi)注錨桿 既是注漿管 又是錨桿 見圖25 圖25注漿錨桿 2019 12 28 39 1 桿體 20 25mm鋼管制作 內(nèi)端可加錨固劑錨固 鋼管鉆孔 外端螺紋與止?jié){閥連接 并套有橡膠止?jié){塞 待注漿完畢 套上托盤擰緊螺母即可 2 注漿液 有單液漿 雙液漿和化學漿幾種 一般情況采用單液漿 即用42 5R或52 5R普通硅酸鹽水泥 水灰比0 4 0 6 加2 的UNF 4型復合早強高效減水劑 化學漿優(yōu)先推薦改性尿醛樹脂漿液 2019 12 28 40 3 注漿參數(shù) 注漿壓力 一般控制在2 0MPa以內(nèi) 正常不超過3 0MPa 由低到高緩慢升壓 以使?jié){液滲透到圍巖裂隙中去 當壓力升至2MPa時 應暫停注漿 如壓力低于1MPa 且仍能進漿說明裂隙仍未充填密實 應繼續(xù)至2MPa為止 注漿量 由于圍巖裂隙差異 每孔注漿量一般在50 100kg水泥 先注孔可達300kg以上 如果注漿量過大 說明裂隙太大或沿某一通道漿液流失 起不到封水或加固圍巖的作用 應停止注漿檢查原因 擴散范圍 漿液的擴散范圍與裂隙大小 漿液濃度 注漿壓力有關(guān) 合適的擴散半徑在1 0 2 0m左右 擴散范圍過大造成浪費 2019 12 28 41 注漿時間 在滿足壓力 注漿量 擴散范圍的前提下靈活掌握 如裂隙發(fā)育 漿液量較大 壓力較高 擴散效果合適 時間可短 反之適當延長注漿時間 4 注漿錨桿施工工藝 鉆孔 采用鑿巖機或其它鉆眼設施鉆孔 安裝錨桿 將注漿錨桿送至孔底 封孔止?jié){ 采用止?jié){塞封孔 用橡膠塞或黃麻等止?jié){ 注漿 將注漿管路和注漿錨桿連接好 進行注漿作業(yè) 每孔注漿時間為3 5min 可多孔同時注漿 每斷面要從下而上對稱注漿 最后注頂孔 縱向可間排隔孔注漿 2019 12 28 42 安設錨桿托盤 拆下孔口閥 安設托盤 上緊螺母 5 注漿施工工藝 運料與拌漿 即將水泥與水按規(guī)定水灰比拌制水泥漿 保證在注漿過程中不發(fā)生吸漿籠頭堵塞等現(xiàn)象 并根據(jù)需要調(diào)整漿液參數(shù) 注漿泵的控制 根據(jù)巷道注漿變化情況 即時開 停注漿泵 并時刻注意觀察注漿泵的注漿壓力 以免發(fā)生堵塞崩管現(xiàn)象 孔口管路連接 應注意前方注漿情況 及時發(fā)現(xiàn)漏漿 堵管等事故 并掌握好注漿量及注漿壓力 及時拆除和清洗注漿閥門 注漿施工工藝如圖26所示 2019 12 28 43 圖26注漿施工工藝流程 2019 12 28 44 2 錨注施工技術(shù)要求及安全措施 要保證注漿錨桿的設計間排距 并要求垂直于巖面 底腳注漿錨桿下扎45 要嚴格控制孔深 使其與錨桿長度配套 使用快硬水泥藥卷應按規(guī)程作業(yè) 嚴格控制泡水時間 并保證砸實以滿足止?jié){強度 漿液配比和水灰比應嚴格按設計要求 不得隨意增加水灰比 開機前應檢查噴層和管路 檢查閥門是否完全開啟 管路接頭是否牢靠 嚴密 有效 注漿機械應由專人負責 有專人監(jiān)讀表頭 注漿人員要經(jīng)過培訓 考核合格后才能上崗 注漿時要加強信號聯(lián)系 保證注 停及時 反應快速 2019 12 28 45 遇到漏漿時 可暫停注漿 采取措施封堵滲漏處后再行注漿 注漿的孔口閥應注漿后30min內(nèi)拆除 拆下的閥門要及時清洗干凈 然后抹上機油備用 注漿人員注意勞動保護 防止?jié){液材料燒傷眼睛或皮膚 每班注漿完畢 要及時清洗注漿泵及其管路 及時維護 注漿情況及參數(shù)應專人負責控制 專人記錄 填寫錨注記錄 3 重點強調(diào)的關(guān)鍵技術(shù) 1 水灰比及減水劑應嚴格按設計配置 不得隨意增減 2 注漿量與壓力按規(guī)定操作 但要根據(jù)效果靈活調(diào)整 2019 12 28 46 3 注漿順序 一個斷面內(nèi)從兩幫底角 由下向上逐孔注漿 最好兩邊對稱 最后注頂部注漿錨桿孔 在巷道縱向由外向內(nèi)推進 間排注漿 先注1 3 5排 隨后再注2 4 6排 這樣有復注互補作用 更有利于提高注漿效果 4 質(zhì)量檢查和補注 對錨注后的巷道 一般7天后要進行質(zhì)量檢查 即在巷道每10m選一斷面 鉆3個孔 分別在頂部 兩幫 安裝注漿錨桿復注 如壓力小于1MPa仍進漿 應補注 直到合格為止 補注的參數(shù)同前 檢查孔也是補注孔 2019 12 28 47 六 總結(jié)1 一次加固 防止離層大變形支護結(jié)構(gòu)形式 2 高強 預應力 讓壓支護材料 3 加強現(xiàn)場原位測試 按客觀條件及時調(diào)整支護方案與參數(shù) 4 找準變形量與時間關(guān)系曲線 及時采取錨注等有效的加固措施 見圖27 5 抗的有力 讓的適度 卸的合理 注的牢固 圖27某礦區(qū)800 1100m巷道圍巖變形曲線1 脆性硬巖 2 中硬巖 3 塑性巖層 2019 12 28 48 謝謝 單位 山東科技大學地址 山東省泰安市岱宗大街223號電話 0538 62276583076668電子信箱 zskj 001 手機 137053896162007 11 21