锚网索支护技术在巷道维修中的实践应用

2022-09-10

1 项目的提出

传统的巷道维修方式与工艺在维修时运输大巷必须停止巷道的其它工作, 对矿井正常生产影响严重;回风大巷受进料、供电的限制, 施工难度较大。且维修成本高, 维护效果差, 经常是前边刚维修, 后边就又发生破坏, 不得不又重新维修, 个别地段至少维修5次以上, 造成矿井大巷年年维修, 年年损坏, 矿井生产、运输条件一直未能得到彻底根制。

近年来锚网支护技术特别是锚索支护技术的应用, 解决了巷道支护问题, 取得显著的效果。巷道的维修主要也是解决支护问题, 锚索支护施工灵活, 适应性强, 对损坏巷道的断面、高度大小均能满足要求。为此提出了采用锚杆钢带、网、锚索支护技术解决巷道的维修问题。

2 主要技术难题

锚杆锚索支护技术在目前已经大范围应用, 是一种成熟的巷道支护技术, 但是在巷道维修时支护与巷道掘进时的支护是不同的, 巷道掘进时, 巷道围岩没有被破坏, 处于完整稳定的状态, 不受矿井正常生产的影响。巷道维修时, 巷道围岩已经处于破坏状态, 砌体与巷道围岩之间有一定的空间, 给锚杆锚索支护造成了较大的困难。要在砌体支护巷道采用锚杆锚索支护进行维修需要解决以下技术问题。

(1) 在砌体巷道钻孔, 由于砌体与巷道围岩之间有一定间距, 当钻孔通过这孔隙时, 容易造成夹钻等问题。

(2) 解决锚固剂的安装, 由于砌体与围岩之间的间隙, 钻孔是不连续的, 树脂锚固剂在安装时, 存在锚固剂无法放入钻孔的问题。

(3) 锚索锚杆支护, 必须有一定的预紧力, 否则失去了其支护的作用。但是砌体与围岩之间隙会使锚索预紧时把砌体破坏。

(4) 解决巷道维修与矿井正常生产之间的关系。被维修的巷道均是矿井的主要巷道, 担负着矿井的运输、通风等任务, 维修巷道影响到矿井的正常生产。找到一个既能维修巷道, 又对矿井正常生产影响较少的工序安排。

3 锚固技术对被损坏砌体巷道的维修的研究

3.1 维护方案

3.1.1 碹体、锚喷支护巷道

由于巷道损坏程度不同, 巷道断面不同, 维修支护的参数也不应相同。应根据巷道的损坏程度不同, 巷道断面不同, 维护支护参数也不应相同。应根据巷道的损坏状况、断面、服务期限、围岩情况综合分析确定。一般采用以下两种支护形式。

(1) 锚索、网支护:锚索采用矩形布置, 排距1.6m, 间距1m, 每排3根锚索, 锚索长度5~7m, 采用14#槽钢作托梁, 长0.6~1m。沿巷道轴线铺设双层菱形金属网。

(2) 锚索、锚杆、金属网支护:锚索与金属网的参数同上, 锚杆间排距0.8~1m, 长度1800mm, 锚杆直径16~18mm。

3.1.2 碹体蹬工字钢支护巷道

采用两根锚索一根托梁的组合方式对原工字钢进行悬吊, 长托梁顺巷布置, 长2.7~3.0m, 锚索中孔距离2~2.4m, 距两帮0.15~0.3m。

3.2 砌体上钻孔与锚固剂的安装

料石砌体损坏的巷道一般已掘出时间较长, 处于围岩压力大的区域。如果砌体损坏, 说明巷道围岩已产生较大的变形, 砌体与围岩之间的间隙已被变形破坏的围岩压实。经560水平一南翼10区段大巷, 二南翼12区段大巷等300m巷道中的试验, 发现砌体与围岩之间基本被压实, 大部分能顺利钻孔和安装锚固剂。

当砌体与围岩石之间有间隙时, 通过试验采取如下方法。

(1) 钻孔时选择在较完整的料石上进行开口, 并采用43m大直径钻头进行开口, 在砌体上钻进, 当钻透砌体到巷道围岩时, 退出43m的钻头, 在钻孔中穿一外径为43m钢管, 利用钢管作为导向孔, 用27m的小直径钻头, 穿入钢管中继续钻孔。钻完孔后, 不要撤出钢管, 继续留在孔口, 作为脂锚固剂导向管, 将锚固剂从钢管中穿入。

(2) 用27m的小直径钻头钻完孔后, 如果孔周围松散岩石影响打注, 采用薄铁皮 (如:白花铁皮) 做成的导向管, 作为脂锚固剂导向管, 将锚固剂从管中穿入。

(3) 采用43m大直径钻头进行开口, 在砌体上钻进, 当钻透砌体到巷道围岩一定深度后, 安装特制的管缝锚杆, 管缝锚杆既充当树脂锚固剂导向管, 又锚固碹体和碹体外松散岩石。

经在560水平13区段大巷和470水平南大巷维修中试验应用, 效果较好。

3.3 锚索预紧力的确定

锚索支护主要原理是通过对钢绞线施加一定的预应力, 使钢绞线产生一定张力, 挤紧和压密岩层中的层理、节理裂隙等不连续面, 增加不连续面之间的磨擦力, 从而提高围岩的整体强度, 如果钢绞线上没有张力, 锚索就没有作用。

(1) 碹体上:在钻孔过程中, 发现砌体与围岩之间的间隙基本上被压实, 砌体也处于破坏状态。为了保证锚索的作用, 采用在被维修的砌体上铺设金属网, 主要作用是防止破碎岩块掉落。为了使砌体不被锚索预紧破坏, 失去作用, 采用了长托梁或两根锚索共用一根托梁的组合锚索。经试验确定锚索预紧力在70kN~100kN, 即保证了锚索具有一定的预紧力, 又不会使砌体发生大的破坏。

(2) 锚喷巷、碹体工字钢:锚喷巷变形损坏属局部围岩石离层, 巷道整体离层变形量小, 碹体工字钢梁两端均深入碹体0.3~0.4m, 经试验确定锚索预紧力在100kN~120kN, 保证了锚索的预紧力, 又不会使砌体发生大的破坏。

3.4 施工工艺及要求

3.4.1 工序安排

由于维修巷道, 与矿井正常生产相互影响, 特别是采用架线电机车运输的大巷, 在维修巷道时必须停电, 造成矿井正常运输中断。为了尽量减少影响矿井正常生产时间, 采取了以下措施。

(1) 矿井在检修期间全力维修巷道。在矿井检修期间, 集中全矿的开拓掘进队组, 全段进行维修, 打锚索锚杆。

(2) 合理安排维修和矿井运输, 选择运输量较小的班次时间, 集中力量进行维修。

(3) 充分做好准备工作。将各种施工机具和材料提前准备到施工地点, 保证有效施工时间。

3.4.2 施工工艺流程

碹体、锚喷支护巷道:铺网——临时支护——布置锚索眼——打、注——预紧切割。

碹体工字钢巷道:布置锚索眼——打、注——上工字钢或槽钢——预紧切割。

对碹体和锚喷巷用锚网索补强后的巷道, 成立专业喷浆队伍进行喷浆封闭。

3.4.3 工艺要求

(1) 碹体、顶板岩石局部冒落, 范围小于0.5m, 锚索、杆按设计间排距布置, 槽钢不接顶处“井字”构木背紧。锚索预紧可滞后进行, 集中成片预紧。

(2) 碹体、顶板岩石冒落范围较大时, 锚索紧靠碹边布置, 预紧后用金属网兜住碹 (岩) 边, 形成“台阶形”支护形式。锚索预紧必须逐排进行, 尽量保证槽钢紧贴碹 (岩) 面。

(3) 锚索预紧必须从一端到另一端逐根进行预紧。

(4) 采用锚索悬吊工字钢时, 由于在碹体巷道中锚索打注率不可能达到100%, 先按要求将锚索打注起后, 再根据两锚索间距确定槽钢锚索眼中孔距离, 杜绝出现锚索眼距与槽钢眼孔距误差大, 导致槽钢眼与锚索在预紧时发生剪切, 影响锚索支护效果。

4 经济效益分析

4.1 施工灵活, 适应性强

采用锚索支护对巷道进行维护、补强时, 不受施工巷道地点、断面、冒落范围、高度的限制, 进料方便, 且可以分段作业。同时, 对有冒落倾向的巷道可以超前进行永久支护。维修对矿井正常生产影响较小, 采用合理的施工工序安排, 保证矿井的正常运输。

4.2 支护费用低

经对实际发生费用的测算, 采用锚杆锚索维修巷道, 平均每m巷道支护费用为330元/m;采用套U棚支护费用2000元/m;采用工字钢支护形式, 每m巷道维修费用900元/m;采用锚杆索维护的2100m巷道中, 如果按原来的维修方法, 需要有860m套U棚支架, 支护费用为172万元, 1240m需要采用支工字钢, 支护费用112万元, 合计为284万元。采用锚杆锚索金属网联合支护费用69万元。节约支护费用215万元。

4.3 锚索支护强度大、支护效果好

锚网、索支护的支护强度远大于以往的维护形式, 可以说在今后的几年内, 已维修的地段完全能满足生产、运输的需求。特别是锚索支护, 锚固力大, 锚固深度大, 可以施加较大的预紧力, 对损坏巷道的维修效果尤其好。通过2100m被维修巷道的实际证实, 采用锚索支护技术维修巷道解决了矿井大巷年年维修年年坏的状况, 大大改善了矿井的生产条件。保证了运输过程中的安全。