深井高应力软弱围岩巷道支护技术实践
随着煤炭资源的持续开采,我国煤矿开采深度不断增大,基本都达到了800~1 000 m,进入深部开采时期[1]。进入深部开采后,煤矿地应力较高,巷道围岩地质条件也明显恶化。目前,我国煤矿每年掘进巷道中,29%左右为深部软岩巷道。软岩巷道围岩较软,容易发生较大变形,返修率高,部分复杂条件软岩巷道返修率甚至高达70%以上,软岩巷道支护成为矿山安全生产运营迫切需要解决的难题之一[2]。近年来,许多科研人员从现场实践、理论分析和数值模拟等方面,做了大量研究工作,建立并完善了软岩巷道支护理论,提出并开发了诸如U型钢支架与锚索网耦合支护技术[3]、缓释叠加应力支护技术[4]、钢管混凝土支护技术[5]、全封闭网壳支护技术[6]、锚杆-拱架联合支护技术[7]、预留刚隙柔层支护技术[8]、强力锚注支护技术[9]、锚网索耦合支护技术[10]等软岩巷道支护技术,在一定程度上,解决了深部软岩巷道支护难题。但是,由于我国煤炭资源分布广,沉积环境与地质条件各异,加之上述各种软岩支护技术有其自身的适用条件,对特定的深部软岩巷道,必须在充分研究围岩地质条件、应力环境等客观因素的基础上,采用经济、可行的巷道支护技术。
在核桃峪煤矿1802反风联络巷修复工程中,结合巷道围岩力学特性,采用“锚杆+钢丝绳双层网+喷射混凝土+巷道直墙根部、底板泄压动态支护”方案,成功修复了变形破坏巷道。
1 工程概况
核桃峪煤矿位于甘肃省庆阳市正宁县西南,井田东西长约15.429 km,南北宽约12.399 km,面积约183.19 km2,可采煤炭资源储量2 116.09 Mt。矿井投产初期,共布置3个井筒,即主斜井、副立井、回风立井,其中副立井深度1 005 m。矿井含煤地层为中侏罗统下部延安组,自下而上,共分为3个含煤段,共含煤7层。其中主要可采煤层有3层,即2号、5号、8号煤层。其中2号、5号为部分分布的可采煤层,8号为全区分布的可采煤层。
1802反风联络巷位于井底车场西南侧,处于8号煤层中,长度156.719 m,埋深约976 m。巷道顶板主要为粗砂岩、粉砂岩、泥岩,底板主要为砂质泥岩、泥岩。巷道原支护形式为锚网喷+锚索。巷道埋深大,煤层及顶、底板松软破碎,围岩节理发育,断层、裂隙等地质构造多,围岩应力集中,导致大部分巷道出现不同程度的变形和底鼓。
2 巷道修复方案
为确保巷道断面满足通风要求,经研究,决定采用可立体固结、阻断强膨胀围岩及不均匀应力和增强围岩自身强度的主动动态支护方式,对变形破坏巷道进行修复,即采用“锚杆+钢丝绳双层网+喷射混凝土+巷道直墙根部、底板泄压”的缓释叠加应力支护方案。
3 工程施工
变形破坏巷道刷扩后,进行喷射混凝土+锚杆+钢丝绳喷射混凝土支护。首先,喷第1层混凝土,厚度80 mm。浆层凝固后,打第1层锚杆,挂钢丝绳。锚杆规格φ22 mm×2 400 mm,间排距均为700 mm。第1层锚杆施工完成后,进行2次喷射混凝土,厚度80 mm;喷层凝固后,打第2层锚杆,挂钢丝绳,进行二次支护。第2层锚杆与第1层锚杆错位布置,2层锚杆叠加,形成间排距为350 mm×350 mm的双层网格。双层网格形成后,进行第3层喷射混凝土,其厚度不小于100 mm。最后,开挖巷道直墙根部泄压槽,进行围岩注浆;底板打卸压孔,对底板进行浇筑。
使用φ18.75 mm和φ26.50 mm废旧钢丝绳,对其进行分解,主绳为2股,中间串绳为1股。主绳固定在锚杆托盘与巷壁之间,中间串绳用16号铁丝绑扎。要求钢丝绳纵向长度大于10 m,横向长度为除底板外的巷道周长。
变形破坏巷道修复施工顺序:初喷→锚、绳→复喷→锚、绳→再复喷→泄压槽→注浆→打卸压孔→浇筑底板。
3.1 扩刷
先拆除巷道原有锚杆(20根/m)、锚索(4根/m),依据围岩情况,判断向前扩刷距离。正常条件下,每次扩刷2 m,即3排锚杆距离;如遇特殊岩层,采用“扩刷一排,支护一排”的方式,向前扩刷。采用正台阶法进行扩刷,先上部,后下部。上部扩刷如遇岩石破碎,必须坚持“扩一支一”,即扩刷一排,支护一排。上部台阶施工完全结束后,进行下部台阶施工,严禁上下台阶同时作业。
虽然有大量文献报道了乌头碱的水解产物和变化规律,但本研究首次考察了准噶尔乌头中生物碱水解变化规律,结果表明其在加热的过程中,准噶尔乌头中乌头碱和脱氧乌头碱为乌头碱型C19二萜生物碱,发生水解反应。乌头碱和脱氧乌头碱起着主要的镇痛和抗炎的作用,但同时也是其主要毒性成分,提示准噶尔乌头应具有更广泛的药用价值,在后期毒效实验中,应多关注这种单体成分的毒性和药理活性研究。
下部台阶高1.65 m,刷扩后,及时支护,每次施工段长25 m。台阶施工中,顶部支护与帮部支护最大距离不得超过6 m。
3.2 锚绳支护
(1)顶帮锚杆安装
采用PS51-H 型湿式喷射机喷射混凝土,人工操作喷头,及时喷射。混凝土中掺加水泥用量2%~3%的早强减水剂,回弹率可减少6%~8%,粉尘浓度可降低约10%。巷道扩刷后,安装锚杆,挂绳,然后喷射混凝土,喷厚80 mm。喷射混凝土强度等级C20,配合比为1∶2∶2∶0.06(水泥∶中粗砂∶石子∶速凝剂)。
树木苗木伪植是提高成活率的最基本的工作。当地的苗木应尽可能选择在拟种植,以减少运输时间和水的树苗损失,从而有利于树苗的成活。种植前,应适当设置根部,防止病虫害发生。此外,幼苗的根可以用生根粉等药剂保护,从而降低幼苗死亡率。在育苗过程中,幼苗的根应充分扩大,这有利于氧气和水的渗透。对于不同的树木类型,可以选择合适黑龙江北方的肥料来帮助树木生长。
大力推动美国学学科建设有何理论与现实意义?中国的美国学学者应有怎样的学术情怀、时代责任、价值标准和研究视角?如何确定研究内容、研究目标、理论与方法?目前,美国学概念尚未得到普遍认可,国内美国学相关研究,分散在外语、历史、文学、政治等各学科,相互之间缺乏融合与交叉,没有形成严密的学科体系。因此,借助国别与区域研究热潮,外语学科应倡导美国学学科建设。利用外语优势,运用跨学科理论与方法,加强对美国文化的深层次分析,把握美国文明的历史脉络,成为美国学教研团队的生力军。同时,加强与其他学科的交流合作,共同承担中国美国学学科建设的职责。
第1次注浆时间,一般软岩,控制在扩刷后30~40 d,特软岩控制在20 d 以内。
目前仅有少数单位以采油厂为基础进行SEC储量评估结果的分析,工作参差不齐。个别单位开展了数年且较全面、深入,大部分单位还没有开始;有些企业按照所属全部采油厂进行分析,还有些企业按照经营地区(对应各个采油厂)进行分析等。
在巷道两帮底角,设置泄压槽。泄压槽宽1 000 mm,深500 mm,尺寸误差±50 mm。
EAR、MAAR即眼部纵横比(Eye Aspect Ratio,EAR)、嘴部纵横比(Mouth Aspect Ratio,MAR)。
3.3 喷射混凝土
巷道拱部采用 MQT-130型锚杆钻机,钻孔安装锚杆。施工顺序:先在顶板中央钻锚杆孔,并将树脂药卷塞入孔内;随后将带有钢丝绳、托盘、螺母等部件的锚杆使用锚杆钻机,推入设计位置,并搅拌约 30 s;待树脂固化后,用扭矩扳手拧紧螺母、锚杆。锚杆锚固力≥100 kN,锚杆螺母扭矩不小于200 N·m。巷道帮部采用YT-28型凿岩机,钻孔安装锚杆。两帮锚杆钻孔安装滞后拱部锚杆1~2排。施工顺序由上到下,从后往前,逐排推进。
喷射混凝土作业前,应先清除墙根处的岩渣,检查施喷巷道工程质量是否达到设计要求,达不到要求的,应及时处理;并在墙上定点挂线,确定喷射范围,掌握喷射混凝土厚度情况。然后对作业面岩帮巷壁,用高压水清洗,清除浮石浮尘。喷射应分段、分片,由下而上,按螺旋顺序进行,喷头角度一般控制在75~90°为宜,喷头至施喷面距离不宜大于1.2 m;宜分层喷射,一次喷厚不大于80 mm,每段长度不大于6 m。施喷时,喷嘴正对作业面,顺时针螺旋转动,转动直径 20~30 cm,保证喷射密实;岩面出现较大坑洼时,应先将其喷射找平。喷射后的混凝土,终凝后2 h,洒水养护,养护时间不少于14 d。对起支承、封闭和黏结作用的喷射混凝土,厚度不宜小于5 cm,速凝剂掺量可适当增加到6%~7%,喷射后,及时调整到正常配比。
3.4 开挖泄压槽
一般软弱围岩,距离扩刷工作面30~40 m,开挖泄压槽;泄压 15~20 d后,喷射混凝土,并用回弹料填充密实。较软弱围岩,距离扩刷工作面20~30 m,开挖泄压槽,泄压时间 3~5 d。
第1层采用φ18.75 mm钢丝绳,第2层采用φ26.50 mm 钢丝绳,第1层、第2层钢丝绳间排距均为350 mm。钢丝绳间排距允许偏差为±50 mm。钢丝绳接头压茬不少于 100 mm,位于托盘下。
舒曼和那个女孩儿,是在一个周末下雨的黄昏偶然相遇的。舒曼没带伞,那个女孩邀他伞下一块儿走。舒曼本来想一直沉默,他没有想到自己竟会那么伤感地对女孩说:“我一生都没跟女孩子上过街,我很感动。”说完,还流泪了。
3.5 注浆
(2)钢丝绳安装
设位移监测点,监测2~3个月内的巷道位移量。如每帮位移超过80~100 mm,进行二次注浆。本工程施工中,未达到二次注浆条件。
3.6 卸压孔施工
在巷道底板,按间距1.6 m、排距1.0 m,设置卸压孔。底板两侧卸压孔,开口位置离底板200~300 mm,外扎角30°;底板中间卸压孔,垂直于底板。
卸压孔直径150 mm,深度8.0 m,钻进至坚硬底板。钻孔采用水泥与煤粉混合浆封孔,封孔长度0.5 m。
蔡连成表示,长荣的目标是以印刷装备为主导,拓展高端装备制造,产业链多轴协同,成为中国第一、全球一流的印刷产业生态圈的领导者和综合服务商。而国际化战略的顺利实施,也使得长荣股份离这个宏大目标更进了一步。
3.7 浇筑底板混凝土
底板混凝土厚300 mm,浇筑后,可恢复各支护单元工作阻力,完成修复施工。
4 修复效果
1802反风联络巷修复工程于2017-09-06开始施工,2018-01-05完工。巷道修复后,对中腰线进行了重新标定;并在巷道内,在距离 1802 辅运连接巷10,24,45,64,79,95,109,124和141 m处,设置观测点(1#~9#观测点,见图1),自2018-01-05—2018-06-30,对巷道变形进行了近6个月的观测,主要观测巷道宽度、巷道腰线以上和腰线以下中线处巷道高度,观测结果见表1—表3。
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图1 巷道变形观测点布置
由表1—表3可知,1802反风联络巷修复后6个月内,巷道两帮最大相对位移为10 mm,巷顶与腰线的最大相对位移为15 mm,巷底与腰线的最大相对位移为20 mm,均在允许范围之内,表明巷道支护效果较好。
5 结 语
(1)核桃峪煤矿1802反风联络巷位于侏罗系软弱岩层中,埋深约 976 m,地应力高,围岩条件差,巷道变形严重,断面不能满足通风要求,采用“锚杆+钢丝绳网+喷射混凝土+泄压”的缓释叠加应力支护技术进行修复,取得成功。
(2)巷道修复后,对巷道9个断面的两帮相对位移、巷顶与腰线相对位移、巷底与腰线相对位移进行了近6个月的观测,均在允许范围之内,修复效果良好。
习近平总书记指出,我国生态环境质量持续好转,出现了稳中向好态势,但成效并不稳固。经济新常态(增速上的放缓)某种程度上为环保工作创造了重要的“窗口期”;市场出现饱和(产能过剩)为我们在环境保护上提出较高要求和标准创造了条件;财力增长、技术进步和经验积累使我们有能力和条件解决生态环境问题。[注]庄贵阳、薄凡:《厚植生态文明 耕耘美丽中国——“形势与政策”专题讲稿》,《时事报告·大学生版》(增刊),2018年8月,第86-99页。
表1 1802反风联络巷宽度观测记录 mm
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测点编号观 测 日 期(月.日)1.151.302.152.283.153.304.154.305.155.306.156.301#4 3804 3784 3754 3774 3754 3814 3804 3774 3754 3804 3864 3822#4 3504 3494 3464 3454 3404 3444 3504 3474 3454 3484 3524 3453#4 2904 2934 2954 2914 2954 2934 2954 2924 3004 2964 2924 2854#4 2004 1984 2004 2014 2084 2024 2004 2054 2004 1984 1954 2005#4 3504 3534 3504 3494 3504 3554 3454 3434 3404 3454 3524 3486#4 3504 3464 3454 3474 3504 3524 3504 3514 3404 3454 3484 3557#4 3304 3304 3304 3284 3304 3334 3304 3304 3204 3254 3284 3338#4 4054 4044 4004 4024 4004 4044 4104 4064 4004 3954 4004 4029#4 3604 3584 3604 3614 3554 3574 3604 3634 3554 3624 3654 358
表2 1802反风联络巷腰线以上中线处巷道高度观测记录 mm
![width=704,height=256,dpi=110](https://qkk.lw71.com/uploads/image/2018/06/83b004c6158ad485976dfc79d88aecc5.png)
测点编号观 测 日 期(月.日)1.151.302.152.283.153.304.154.305.155.306.156.301#2 2522 2532 2502 2552 2502 2552 2552 2512 2452 2482 2552 2502#2 5122 5202 5252 5212 5152 5182 5112 5162 5202 5222 5212 5153#2 2102 2102 2122 2082 2102 2152 2112 2132 2222 2182 2102 2124#2 1952 1982 2002 2012 2102 2002 2052 2002 2102 2062 1982 2005#2 3372 3402 3442 3412 3452 3402 3342 3372 3432 3402 3452 3406#2 2552 2552 2542 2562 2522 2572 2542 2492 2432 2462 2522 2577#2 1252 1262 1232 1222 1162 1262 1192 1232 1162 1222 1252 1268#2 2802 2782 2752 2712 2672 2712 2722 2762 2682 2732 2802 2789#2 1552 1572 1602 1592 1572 1602 1602 1622 1602 1582 1552 157
表3 1802反风联络巷腰线以下中线处巷道高度观测记录 mm
![width=704,height=256,dpi=110](https://qkk.lw71.com/uploads/image/2018/06/09d6f0f234d7db6c3333bb89db9c50ff.png)
测点编号观 测 日 期(月.日)1.151.302.152.283.153.304.154.305.155.306.156.301#1 5451 5411 5391 5401 5451 5431 5421 5401 5431 5481 5451 5382#1 5301 5391 5461 5421 5501 5441 5461 5391 5451 5381 5351 5323#1 5501 5531 5581 5551 5601 5571 5561 5531 5531 5451 5481 5524#1 5181 5151 5141 5111 5141 5171 5121 5151 5141 5101 5081 5155#1 5401 5361 5301 5331 5351 5321 5261 5301 5251 5321 5381 5456#1 5201 5231 5251 5211 5201 5261 5201 5171 5281 5251 5201 5237#1 5051 5021 5011 5031 5151 5111 5201 5161 5141 5101 5081 5138#1 5161 5211 5231 5201 5231 5201 5201 5221 5321 5271 5241 5209#1 5321 5291 5301 5281 5361 5301 5201 5251 5351 5301 5271 533
(3)缓释叠加应力支护技术对我国西部侏罗系深部软岩巷道变形具有较好的控制作用。
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