大跨距高帮厚泥岩顶板换装硐室支护设计 -学兔兔 www.xuetutu.com.pdf

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2013年第9期
煤炭工程
施工技术
doi:10.11799/ce2013090
大跨距高帮厚泥岩顶板换装硐室
支护设计
杨彦宏,赵玉栋
(中国煤炭科工集团北京华宇工程有限公司,北京100120)
摘要:在厚泥岩顶板条件下,大跨距高帮刷室存在围岩稳定性差、支护难度大、换装设施
可靠性低等难题。在分析围岩地质条件的基础上,根据相关设计规范,确定合理的支护参数、设
计施工方法及エ艺。现场施エ应用结果表明,换装室国岩收敛较小,支护效果良好。
关键词:大跨距;高帮;厚泥岩;换装硐室;支护参数
中图分类号:TD354文献标识码:B文章编号:1671-0959(2013)090031-03
为满足釆掘裝备换装的需求,井下换装站普遍开掘大
2号换装硐室
跨距高帮硐室。随着哬室跨距的增加,巷帮高度的加大,
硐室围岩控制难度成倍增加,尤其在软弱顶板岩层,断层、
99052mm
褶曲地质构造带等条件下,硐室极易发生变形失稳,影响
硐室设备的安装和正常运转,威胁矿井安全生产。因此
针对厚泥岩顶板条件,开展大跨距高帮换装硐室支护参数
1号换装硐室
设计,对确保硐室施工质量与安全是非常必要的。
工程概况
无轨胶轮车辅助运输大巷
1.1工程地质条件
王庄煤矿后备区属于王庄煤矿的规划接替采区,井下
无轨胶轮车
回风大巷
检修加油酮室
换装站位于蓄电池电机车輔助运输大巷东侧,3号煤层底板
岩层内,埋深40m,邻近无采空区,没有开采情况,换装
硐室平面位置图如图1所示。蓄电池电机车辅助运输大巷
图1换装硐室平面位置图
掘进时,所揭露的岩层有细、中砂岩、泥岩,约在430
度为2.90m,粉砂泥质结构,平坦状断口,具擦痕,含黄
1100m处穿过3“煤层,穿过“煤层后,再揭露泥岩、细、铁矿。直接底为黑色砂质泥岩,厚度为3.95m,块状、含
中砂若等岩层。3”煤层东西方向在0°~7°区间倾斜,北南植物化石、泥质胶结。老底为灰色石灰岩,厚度为2.45m,
方向在0°~22°区间倾斜,顶底板基本稳定,大体为一单斜块状,质不纯,含泥质,换装硐室层位与岩层柱状图如图2
构造
所示。
该矿井为低瓦斯矿井,瓦斯成份以氮气为主,平均瓦
2)硐室开掘条件。1号换装硐室主要用于起吊、组
斯含量为3.4m/t。煤尘具有爆炸危险性,爆炸火焰长度为装、维护大采高支架,服务整个+540m水平延深工程。硐
20-90mm,煤层无自然发火倾向,地温、地压无异常。区室设计净断面为8500mmx9750mm(宽x高),净断面积为
域内以裂隙含水层为主,水文地质条件简单。
74.93m2,长度99m。断面大,捕进和支护耗时多,难以满
1.2室概况
足正常生产接续需要。因此,需要根据地质生产条件,确
1)顶底板条件。硐室穿过岩层具有一定的倾角,沿硐定合理的支护参数,在保障安全的前提下,提高掘进施工
室掘进方向(向左),煤层与碥室顶部的距离逐渐减小。老速度,缩短施工工期,为大采高工作面的生产服务。
顶为灰黑色泥岩,厚度为7.00m,略显灰绿色,厚层状细2支护难点分析
粒砂状结构,上部含泥质多,成分以石英、长石为主,次
为其他暗色矿物,泥质胶结。直接顶为黑色砂质泥岩,厚
通过分析大跨度高帮换裝硐室工程地质条件及硐室特
收稿日期:2013-05-26
作者简介:杨彦宏(1984-),男,山西临汾人,硕士,2011年毕业于中国矿业大学(北京)采矿工程专业,现主要从
事矿井设计方面的工作。
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施工技术
媟炭工程
2013年第9期
拱形高强度托盘,每根锚杆采用两支低粘树脂锚固剂,1支
层m岩石名称
7.25「细粒砂岩
规格为K233,1支规格为Z2360,错固力不小于5t。硐室
1.15泥岩
顶板、底板及两帮均采用锚杆支护。
1.0「炭质泥岩
3)锚索材料为高强度低松弛预应力钢绞线,公称直径
6.85
为21.6mm,拱部锚索长度为15000m,帮部锚索长度为
1.10泥岩
1.20细粒砂岩
8300mm。极限拉断力400kN;铺索托盘采用高强锚索托盘
泥岩
规格为300mmx300mmx16mm,承载能力不低于40t;每
365砂质泥岩」根锗索采用4支锗固剂,1支规格为K235,另3只规格为
Z2360,锚索托梁采用热轧普通14·槽钢
7.0「泥岩
4)注浆锚索公称直径为22mm,长度为8300mm。注浆
材料采用渗透性好、粘结力强的马丽散,每根索采用两
?555砂质泥岩
支错固剂,一支规格为K2335,另一支规格为2Z2360。
5)金属网片采用6.5mm钢筋加工,网孔为100mm
泥岩
0.55
煤线
x100mm,网片规格现场以施工方便为原则由施工方自定。
1.30泥岩
施工巷道铺底时应铺设金属网片,金属网片保护层厚度
煤线
2.95砂质泥岩
sammo
????245灰岩
6)钢筋混凝土支护环筋和纵筋均采用20m的一级
钢筋,间距250mm,箍筋采用8mm的二级钢筋,间距
图2换装硐室层位与岩层柱状图
500mm。顶板、底板及两帮均采用浇灌混凝土的方式进行
二次支护。硐室支护设计断面示意图如图3所示。
点,总结影响大跨度高帮换装硐室稳定性的主导因素为
1)厚层泥岩顶板。井下换装硐室直接顶板为厚度
2.90m的黑色砂质泥岩,老顶为厚度7.00m的灰黑色泥岩。
泥岩类顶板为中硬型,顶板自身稳定性较差,不利于形成
稳定的支护结构,无稳定的单体锚索的锚固点。
2)大跨距高帮特性。换装硐室采用拱形断面,净宽为
p22×2400
8.5m,净高为9.75m,净断面积为74.93m2,掘进宽度为
c∽N寸
20@250
9.8m,掘进高度为10.81m,掘进断面积为95.37m2。随硐
21.6x15000
20@250
室跨距加大、高度的增加,增加了巷道围岩的人工扰动深
8(0500
度,降低了围岩本身的强度和自稳能力。硐室跨度大,易
o21.68300對
形成顶板中部拉应力集中,增大顶板的弯曲下沉量和离层
8@500
破坏,硐室跨度加大使顶板垂直载荷成倍增加,而成倍增
加的载荷又向两帮转移,使煤帮所承受的攴承载荷成倍增
长,加大煤帮破坏和片帮。
3支护设计及施工
9800
3.1支护设计
图3硐室支护设计断面示意图(mm)
1号换装硐室断面大,服务年限长,其支护方案的选择
要求从永久、坚固、经济、工期短和施工方便等方面考虑,3.2嗣室施工
根据《锚杄喷射混凝土攴护技术规范》,采用工程类比法,
1号换装硐室采用直墙半圆拱断面,巷道掘进断面尺寸
确定的硐室支护设计为:
为9800mx10810m。硐室高度大,一次施工难度大,需
1)1号换装硐室采用锚网索喷+钢混凝土联合支采取分层正台阶施工法。沿高度方向将硐室分为3层,上
护,锚网索喷一次支护喷射混凝土强度等级为C20,厚度分层高度为3.