浅谈反底拱锚注支护技术的成功应用

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1、浅谈反底拱锚注支护技术的成功应用浅谈反底拱锚注支护技术的成功应用戚家坡煤矿生产能力1.4mt/a，采用斜井单水平上下山开拓方式，开采深度300～500m。井下大部分开拓巷道布置在侏罗纪高应力软岩中，采用锚网（索）、喷浆支护，从支护效果上来看，对顶、帮控制总体上比较好，但部分巷道由于底板水及其它复杂因素影响，在底板底鼓控制上效果还不理想，巷道出现不同程度的底鼓。一、地质状况根据地质勘探报告和已施工巷道揭露的地质资料，井田内煤层底板为砂质泥岩，泥质粉砂岩，泥质胶结的松散破碎中细砂岩。煤层底板为泥质粉砂岩、砂质泥岩。根据矿物分析检测报告显示，煤层顶板伊利石含量高达18

2、％，高岭土含量达12％。煤层底板伊利石含量达9％，高岭土含量达21％，蒙脱石含量达4％，顶板泥岩软化系数为0.22，底板泥岩软化系数为0.41，煤的软化系数为0.77，为典型的侏罗纪高应力软岩。由于巷道围岩均为泥岩、砂质泥岩、泥质粉砂岩等软岩，自身强度、硬度较低，加之富含伊利石、高岭土、蒙脱石等软岩矿物，遇水后极易泥化、软化、膨胀、崩解，强度、硬度、支承能力进一步下降，导致已施工和正在施工的巷道出现不同程度的底鼓、变形和损坏。最为严重的是北采520轨道运输石门。巷道施工后立即底鼓变形，在一年多的时间里进行了二次修护，修护后巷道继续变形，宽度由3.7m挤压成2.0

3、m，底鼓最严重的地段高达1.5m，巷道由原拱形顶挤压变形成破碎人字形顶。许多正在施工的巷道还未投入运行，已有明显的矿压显现。二、巷道底鼓破坏原因（1）采动压力与地质构造应力影响。地质构造应力主要集中在断层、向背斜的轴部，巷道开掘后围岩构造应力集中释放，造成巷道变形损坏；采动超前压力对巷道的影响；周边相邻巷道支承应力对巷道的影响。（2）围岩自身岩性物理力学性质影响。由于采深大，自重应力达到12mpa，由于巷道围岩岩性多为泥岩、泥质粉砂岩，自身岩体强度仅有1～2mpa，硬度较低，在外来压力、应力的作用下极易发生塑性变形、流变。（3）水的影响。围岩富含伊利石、高岭石等

4、软岩矿物，极易泥化、软化。软岩矿物遇水后强度进一步降低，特别是蒙脱石遇水后膨胀、崩解，造成巷道的底鼓、变形、损坏。（4）支护方案和工程质量的影响。开放式支护结构，无反底拱等支承结构，无法发挥整体支护效果；围岩与支护体，支护体间刚度强度不耦合，变形不协调。三、支护设计及参数考虑到井下目前绝大部分巷道是采用拱形锚网喷浆支护、锚索补强，从经济、实用、可行的效果出发，我们设计了反底拱锚注支护，对北翼520轨道石门、北翼轨道下山上段等严重底鼓巷道进行试验。（1）反底拱棚架设计：采用11号工字钢压制而成，拱高1100mm；托板采用厚度12mm钢板，连接螺丝采用m20螺丝；宽

5、度随巷道宽度而定，要宽于巷道100～200mm，按巷道宽度4.0米设计；棚距800mm，并用4对8根ф18×2000锚杆及ф21.5钢丝或钢板卡兰固定于底板。（2）锚杆支护：锚杆采用ф18×2000mm左旋无纵筋螺纹负锚杆端头锚固，钻孔直径28mm，内置zk2335、k2360树脂药卷各一卷。按图所示每架棚用4组8根锚杆及ф21.5mm钢丝绳或铁板卡兰，将金属棚架固定。（3）喷浆支护：底板喷浆采用325普通水泥，水泥:砂:石子=1:2:2，掺入4％ksn-1速凝剂，喷厚70mm。（4）注浆支护：注浆采用425高标号水泥，水灰比为1:0.8，孔深2m，注浆管为ф4

6、0mm×2000mm铁管，间排距为1000×800mm，注浆泵采用2zbq-50/6气动注浆泵，注浆压力不小于3mp，注浆流量11.5l/min。巷道断面及支护参数如图1。图1巷道断面图四、施工工艺及技术要求（1）施工工序。按设计掘挖底板-架设反地拱棚架-采用4对8根锚杆及钢丝绳或卡兰固定棚架-喷浆70mm封闭底板-底板注浆-底板回垫1200mm。（2）施工技术要求。一是反底拱棚架加工必须编号，托板接触必须严实，螺丝必须按规定上齐拧紧。二是棚架两头铁托板必须深入施工墙脚里50～100mm，上托厚度50～100mm、长×宽为300×200mm的水泥垫板（或废旧水泥

7、道板）。三是回垫底板之前必须先实施锚杆固定棚架、复喷和底板注浆，只有当上述工序完成后方可回垫底板。四是底板有水，要求将水排净后方可施工底板锚杆和底板注浆，严禁在底板有水时打锚杆和注浆。五是底板喷浆时要特别将棚架托板、水泥垫板和巷道下墙脚的接触部处喷严喷牢。六是施工完毕后，要对巷道工字钢反地拱锚柱支护段设点进行矿压观测。对于动压较大，底鼓变形较严重的侏罗纪高应力软岩巷道，采用反底拱锚注支护方式能有效控制巷道底鼓破坏。成功解决了长期困扰矿井安全生产突出的难题，为本质安全型矿井建设和质量标准化建设创造了基础。