淮北礦業(yè)集團(tuán)袁店一礦1.8 Mta新井設(shè)計含5張CAD圖.zip
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高滲透壓松散破碎大斷面失穩(wěn)巷道修復(fù)技術(shù)
摘要:針對淮北礦業(yè)集團(tuán)朱仙莊煤礦Ⅱ水平第二部皮帶機大巷的嚴(yán)重失穩(wěn)問題進(jìn)行了系統(tǒng)分析,生產(chǎn)實踐表明原有的支護(hù)方案已經(jīng)不能適應(yīng)不斷惡化的圍巖狀況,大巷在底臌出現(xiàn)并進(jìn)行治理后,幫部出現(xiàn)嚴(yán)重變形跨落。本文在詳細(xì)分析大巷地質(zhì)條件、施工狀況、水文地質(zhì)等條件后,提出了巷道失穩(wěn)的5個重要原因。在地質(zhì)雷達(dá)探測圍巖松散破碎圈和鉆孔窺視儀系統(tǒng)探測的基礎(chǔ)上,提出了治水-探測-復(fù)修-監(jiān)測的高滲透壓松散斷層破碎帶大斷面已失穩(wěn)巷道強化修復(fù)控制技術(shù)。
關(guān)鍵詞:高滲透壓;斷層破碎帶;失穩(wěn)巷道修復(fù);地質(zhì)雷達(dá)探測;大斷面;鉆孔窺視
1 Ⅱ水平第二部皮帶機大巷工程概況
1.1 地質(zhì)條件
Ⅱ水平第二部皮帶機大巷位于礦井南部二水平Ⅱ3采區(qū)下部,標(biāo)高-676.2~-683.6m,施工全長1025m。區(qū)域內(nèi)構(gòu)造復(fù)雜斷層較發(fā)育,共計揭露大小斷層八條,落差在1.5~20.0m間,其中落差5m以上的斷層有:F19正斷層,落差20.0±m(xù);F19-1正斷層,落差5.0±m(xù);SF22正斷層,落差5.0±m(xù);ⅡF2正斷層,落差5.0~10.0m。巷道施工層位在10煤下和一灰之間,層間距約65m,局部地段受斷層錯斷影響,穿一灰在一灰與二灰之間層位施工。底鼓段巷道向外約40m拐彎處揭露有F19斷層(傾角70°,落差20~35m),上盤巖層為薄層狀層理的灰色細(xì)砂巖,下盤巖層主要為1.5m厚的石灰?guī)r,斷層面有淋水現(xiàn)象。
底鼓段巷道位于一灰和二灰之間,一灰緊貼巷道頂板,二灰距離巷道底板15~18m,三灰距離巷道底板40m左右。巷道揭露巖性主要為泥巖、砂質(zhì)泥巖。
圖1-1 第二部皮帶機大巷與周圍巷道關(guān)系圖
1.2 施工概況
Ⅱ水平第二部皮帶機大巷(北段)設(shè)計為近太原群灰?guī)r含水組掘進(jìn)的巷道,主要在10煤層至一灰間掘進(jìn),局部地段揭露一灰或在一灰下施工。該巷設(shè)計全長1025m,于2009年2月中旬開始撥門施工,至2010年8月中旬施工完成。
巷道采用錨噴+全封閉29U型棚+滯后注漿支護(hù),放炮后找頂、初噴50mm,施工支護(hù)錨桿,錨桿為GM22/2800-490高強螺紋鋼樹脂錨桿,每根錨桿用兩卷樹脂藥卷錨固,錨桿拉拔力不小于80kN,錨桿初錨扭矩不小于300N?m,錨桿間、排距800×1000mm。架全封閉29U型棚支護(hù),棚距500mm,棚子搭接長度500mm,每處搭接用特制鐵板拉鉤聯(lián)接,每處搭接用兩副限位卡纜和一副雙槽型普通卡纜緊固,卡纜螺母扭矩不小于300N?m,頂、幫采用φ10mm鋼筋笆腰背,底板以下采用φ10mm鋼筋笆和鐵背板腰背,噴射混凝土標(biāo)號為C20,噴厚150 mm。滯后注漿,注漿錨桿采用φ20×2000mm鋼管加工,間、排距2000×2000mm。注漿一般滯后迎頭150~200m。
支護(hù)工藝流程:初噴→打頂錨桿→掛頂梁→背頂→打幫錨桿→栽棚腿下底梁→腰幫、腰底→復(fù)噴→打注漿錨桿→滯后注漿。
1.3 底鼓變形
Ⅱ水平第二部皮帶機大巷(北段)拐終測點前39~89m在2010年10月1日中班16:30~10月2日早班06:00短時間內(nèi)發(fā)生嚴(yán)重變形,主要表現(xiàn)為嚴(yán)重底鼓,底梁卡纜斷裂,噴層大量脫落,10月2日夜班04:30左右伴隨底板出水,水量在2~3m3/h,至10月4日夜班底鼓基本穩(wěn)定,最大底鼓量1.1m,水量穩(wěn)定在2~3m3/h,底鼓段巷道是2009年5月份施工完成的。
底鼓段巷道來壓情況如下:底鼓段巷道于2009年5月份開窩施工。
第1次來壓在2009年11月份底鼓200mm左右,底鼓后已進(jìn)行臥道。
第2次在F19斷層附近,雞心道鼓起,進(jìn)行臥道處理。
第3次來壓在2010年8月2日,在拐終測點向前10~80m,巷道底板出現(xiàn)不同程度的底鼓,造成巷道兩幫向內(nèi)側(cè)擠壓造成水溝變形、漿皮開裂掉落。由于底鼓原因造成軌道變形,項目部對該段巷道進(jìn)行臥底施工,長度70m,平均臥底寬度3m,平均高度200mm。自10年8月中旬后,在拐終測點向前10~100m,巷道壓力顯現(xiàn)比較明顯,主要表現(xiàn)為噴層開裂,局部卡纜斷裂失效。
第4次來壓在2010年10月01日下午14:30開始底鼓(拐終點前39~89m),多處底部卡纜斷裂失效,至10月4日夜班基本穩(wěn)定,最大底鼓量1.1m。
1.4 水文特征
Ⅱ水平第二部皮帶機大巷下部灰?guī)r標(biāo)高大部分在-680m以下,富水性弱,但水壓大,二灰目前水位標(biāo)高為-45m(06-觀1孔資料)左右。根據(jù)探查F19斷層取芯成果顯示,底鼓段段一灰厚約3.4m,距10煤法距63m,二灰厚度約1.5m,距離一灰15~18m,三灰厚度9.0m,距離二灰16m,四灰厚度0.8m,距離三灰1.5m。
太原群灰?guī)r含水層組位于10煤底板下60m左右,含灰?guī)r11~12層,各層灰?guī)r間均由一定厚度的泥巖、砂巖隔水層組成,該含水組富水性有明顯的垂直分帶現(xiàn)象,一般-300m以上,灰?guī)r巖溶較發(fā)育,富水性強,q=0.392~1.755l/s.m,k=1.14~3.11m/d;-300m以下巖溶發(fā)育較低,富水性弱,q=0.0121~0.0132l/s·m,k=0.021~0.059m/d;該含水層組上段一、二灰厚度薄,富水性差;三、四灰厚度大,含水豐富;五灰以下沒有抽水資料,富水性不祥。
該巷道防治水工程設(shè)計依據(jù)為:將一灰、二灰作為隔水層,防止三、四灰出水,安全隔水巖柱取40m。委托西安煤炭科學(xué)研究院物探所和中國礦業(yè)大學(xué)分別施工直流電法超前探測和瞬變電磁超前勘探工程,預(yù)測巷道前方上下80m范圍內(nèi)巖層的富水性、隔水層的厚度等參數(shù),并根據(jù)探測結(jié)果施工驗證鉆孔掩護(hù)掘進(jìn)施工。進(jìn)入Ⅱ水平第二部皮帶機巷后每80m做一次直流電法勘探工程和瞬變電磁勘探工程,并根據(jù)探測結(jié)果施工驗證鉆孔,截至2010年10月已施工直流電法勘探11次,瞬變電磁10次,驗證鉆孔16個。
在揭露F19斷層前在Ⅱ水平第二部皮帶機大巷中間聯(lián)巷施工了直流電法超前探測,并分別施工了2個探查F19斷層的鉆孔,其中F19-探2孔47m見三灰,出水量6~7m3/h;現(xiàn)巷道底鼓段在掘進(jìn)施工前(09年5月份)已施工直流電法進(jìn)行了探測,根據(jù)探測結(jié)果在2#鉆場施工了一個超前鉆孔和一個底板異常區(qū)探查孔,底板鉆孔18m見二灰,19.5m出水約6~7m3/h,水壓6.5MPa;后水量逐漸減小,至2010年5月份時無水。
2010年10月1日中班發(fā)現(xiàn)巷道底鼓后,礦聯(lián)系安徽惠州地下災(zāi)害研究設(shè)計院于10月3日夜班施工了高分辨直流電法和震波CT對底鼓段巷道下方富水性及構(gòu)造情況進(jìn)行了探測,結(jié)果顯示底鼓段下方呈高阻,無富水異常現(xiàn)象。已在相鄰40m(平距)的Ⅱ水平軌道大巷設(shè)計鉆孔對底鼓段附近下方巖層富水和構(gòu)造情況進(jìn)行探測,目前鉆孔正在施工中。
1.5 變形原因
(1) 圍巖性質(zhì):二水平第二部皮帶機巷變形失穩(wěn)分段位于斷層破碎帶內(nèi),巷道圍巖裂隙較發(fā)育,巖性完整性非常差,并且圍巖中含有蒙脫石等膨脹軟巖,加上灰?guī)r水的影響,圍巖局部發(fā)生泥化,交叉點周圍5m范圍內(nèi)已完全沖空,圍巖浸透松散、破碎,圍巖自身強度較低,在多種應(yīng)力作用下,易出現(xiàn)碎脹破壞、軟巖流變,同時觀測表明巷道頂板與地板層狀巖體不均衡性產(chǎn)生的弱化區(qū)如含弱面或軟弱夾層、幫角巖體破壞區(qū)、開放的底板。巷道圍巖強度低等成為巷道發(fā)生變形破壞的主要因素之一。
(2) 滲流水:根據(jù)現(xiàn)場實際觀測和對已有的水文地質(zhì)資料進(jìn)行分析表明,二水平第二部皮帶機巷底板巖層下含有灰?guī)r水壓,在2#鉆場施工的灰?guī)r探查孔起始出水量約6~7m3/h,水壓6.5MPa,水量較小但水壓較大,水主要來源二灰?guī)r和三灰?guī)r。根據(jù)10月3日安徽惠州地下災(zāi)害研究設(shè)計院提供的物探結(jié)果看,底鼓段下方富水性弱,由于巷道底板所承受水壓大,前期底板支護(hù)強度低,導(dǎo)致巷道局部范圍底鼓嚴(yán)重,后來的臥底處理雖然解決了巷道底鼓問題,但是破壞了巷道兩幫整體支撐結(jié)構(gòu),弱化了圍巖整體承載結(jié)構(gòu),使圍巖塑性區(qū)進(jìn)一步向深部發(fā)展,松動圈與破碎帶范圍也比臥底前進(jìn)一步擴大,同時底鼓問題解決后,高壓強的滲流水沿著裂隙向巷道兩幫擠入,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了原有兩幫設(shè)計的支護(hù)強度,也是巷道發(fā)生變形失穩(wěn)的主要因素之一。
(3) 采動影響:礦井實際生產(chǎn)過程表明Ⅱ1034工作面已回采至距離F19斷層180m左右,應(yīng)力有可能沿斷層傳遞,造成巷道短時間內(nèi)底鼓。同時,巷道上方70m左右有Ⅱ836巖軌巷,與該巷道相鄰40m(平距)的Ⅱ水平軌道大巷等巷道掘進(jìn)和放炮震動等影響,也可能造成巷道來壓底鼓。研究表明二水平第二部皮帶機巷受到多次采動的應(yīng)力擾動,局部破壞了原有巷道的穩(wěn)定性。巷道多次經(jīng)歷“擾動-穩(wěn)定-擾動-穩(wěn)定”的損傷過程,裂隙巖體不斷發(fā)育,加之滲流對巷道圍巖裂隙巖體應(yīng)力場的力學(xué)效應(yīng),導(dǎo)致了最終的失穩(wěn)變形。二水平第二部皮帶機巷的失穩(wěn)問題本質(zhì)上是采動應(yīng)力、地應(yīng)力和地下水滲透力相互影響、相互作用的巖體水力學(xué)問題。
(4) 構(gòu)造應(yīng)力:從巷道優(yōu)化角度上分析可以發(fā)現(xiàn),該巷道最初設(shè)計存在不足,二水平第二部皮帶機巷一方面是穿斷層布置,且F19斷層為正斷層,伴隨應(yīng)力釋放,巷道除受大構(gòu)造應(yīng)力作用外,還受巷道附近正斷層的影響,使其同時承受垂直和水平方向構(gòu)造殘余應(yīng)力。巷道臥底處理后,應(yīng)力沿巷道薄弱點突破支護(hù)可能是造成失穩(wěn)破壞的原因。同時該分段是中間聯(lián)巷和皮帶機巷的連接地段,從結(jié)構(gòu)力學(xué)分析,容易導(dǎo)致應(yīng)力集中和巷道受力不均衡。該區(qū)域構(gòu)造殘余應(yīng)力對巷道結(jié)構(gòu)的影響也不可忽視。
(5) 巷道斷面大、支護(hù)能力弱:二水平第二部皮帶機巷斷面達(dá)到4800mm×3800mm,加上與中間聯(lián)巷相連接,形成巨大的地下空間,而與之對應(yīng)的支護(hù)能力較弱,巷道原設(shè)計對底板的支護(hù)能力較弱,導(dǎo)致后期發(fā)生底鼓,同時由于底鼓后的臥底處理,破壞了幫部的支撐結(jié)構(gòu),內(nèi)部出現(xiàn)大量空洞、裂隙、孔隙,導(dǎo)致幫部支護(hù)整體性偏弱,無法形成頂板穩(wěn)定承載基礎(chǔ)。由于巷道高度較大,雖巖體硬度尚可,但是多次擾動加上斷層帶,未形成整體的巷道圍巖支撐結(jié)構(gòu),強度偏低,使頂板承載結(jié)構(gòu)失去了穩(wěn)定基礎(chǔ)。由于巖體內(nèi)部破碎帶擴大,加上高壓水的滲流擠入,沒有及時封堵和幫部加強支護(hù),導(dǎo)致幫部失穩(wěn),最終出現(xiàn)現(xiàn)在的失穩(wěn)破壞。
總之,該類巷道控制技術(shù)為高滲透壓松散斷層破碎帶大斷面已失穩(wěn)巷道擴修施工安全及長期維控強化控制技術(shù)難題,巷道失穩(wěn)變形本質(zhì)上是圍巖滲流場、應(yīng)力場、損傷場三者相互耦合的結(jié)果,對該類巷道進(jìn)行修復(fù)也應(yīng)該考慮三者的綜合治理。
2 總體技術(shù)思路與技術(shù)路線
該巷道治理過程中主要圍繞以下4方面開展:
(1)圍巖松散破碎范圍的確定;
(2)區(qū)域性疏水降壓;
(3)安全擴刷與承載環(huán)的構(gòu)建;
(4)補強加固及長期維控。
擴刷過程中要考慮化學(xué)漿液的保護(hù)性固結(jié),然后再進(jìn)一步實施密集架棚工作,同時采取主動強化方案,構(gòu)建有效承載環(huán),見圖2-1,實現(xiàn)長期維護(hù)的目的。
圖2-1 巷道最小加固范圍與承載結(jié)構(gòu)示意圖
3 地質(zhì)雷達(dá)探測圍巖松散破碎圈研究
3.1 工程概況
朱仙莊Ⅱ水平第二部皮帶機大巷底鼓待修復(fù)巷段由于受到下覆高水壓灰?guī)r水的影響,圍巖局部發(fā)生泥化,交叉點周圍5m范圍內(nèi)已完全沖空,圍巖浸透松散、破碎,圍巖自身強度較低,在多種應(yīng)力作用下,出現(xiàn)碎脹破壞、軟巖流變,導(dǎo)致巷道一定范圍內(nèi)的圍巖體喪失承載能力。因此,通過測定圍巖松散破碎圈的大小,可以為確定合理的承載環(huán)厚度提供依據(jù),指導(dǎo)后續(xù)的注漿加固工作。因此本課題組擬采用探地雷達(dá)探測與鉆孔窺視相結(jié)合的方法,通過在待修復(fù)巷段內(nèi)選取若干個具有代表性的斷面進(jìn)行測試,根據(jù)所測得的多組圍巖參數(shù),按照經(jīng)驗或概率統(tǒng)計的方法來確定松散破碎圈的大小。
中國礦業(yè)大學(xué)于2012年4月17日應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)方法對頂板巖層破碎帶進(jìn)行探測。根據(jù)探測目的對介質(zhì)物理屬性進(jìn)行分析,并根據(jù)現(xiàn)場條件制定可行性方案,而后組織物探專業(yè)隊伍進(jìn)行現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集,經(jīng)數(shù)據(jù)處理后形成探測成果報告。
3.2 探地雷達(dá)的工作原理
探地雷達(dá)(Ground Penetrating Radar,GPR,又稱地質(zhì)雷達(dá))由發(fā)射部分和接收部分組成。發(fā)射部分由產(chǎn)生高頻脈沖波的發(fā)射機和向外輻射電磁波的天線(Tx)組成。通過發(fā)射天線電磁波以60°~90°的波束角向地下發(fā)射高頻電磁波(106~109Hz),電磁波在傳播途中遇到電性分界面產(chǎn)生反射。反射波被設(shè)置在某一固定位置的接收天線(Rx)接收,與此同時接收天線還接收到沿巖層表層傳播的直達(dá)波,反射波和直達(dá)波同時被接收機記錄或在終端將兩種波顯示出來。
圖3-1 反射雷達(dá)探測原理
脈沖波旅行時為:
當(dāng)?shù)叵陆橘|(zhì)中的波速v為已知時,可根據(jù)精確測得的走時t,由上式求得目標(biāo)體的深度z。式中x值即收發(fā)距,在剖面測量中是固定的;v值可用寬角法直接測量,也可以根據(jù)近似計算公式
式中:c為光速,為地下介質(zhì)的相對介電常數(shù)。
波的雙程走時由反射脈沖相對于發(fā)射脈沖的延時而確定。雷達(dá)圖形常以脈沖反射波的波形形式記錄。波形的正負(fù)峰分別以黑色和白色表示,或以灰階或彩色表示。這樣,同相軸或等灰度、等色線,即可形象地表征出地下反射界面。圖3-2為波形記錄示意圖。圖中對照一個簡單的地質(zhì)模型,畫出了相應(yīng)的波形記錄。在波形記錄上,各測點均以測線的鉛垂方向記錄波形,構(gòu)成雷達(dá)剖面。
圖3-2 雷達(dá)剖面記錄示意圖
反射脈沖波形的明顯程度,是對探地雷達(dá)圖像進(jìn)行地質(zhì)解釋的重要依據(jù)。它決定于發(fā)射脈沖波的能量,波在地質(zhì)界面上的反射特性以及波在地下介質(zhì)中行進(jìn)時的衰減情況。反射特性決定于物性界面的波阻抗差異,以反射系數(shù)描述。
地質(zhì)雷達(dá)探測技術(shù)具有分率高、成果解釋可靠、應(yīng)用范圍廣泛、操作簡便和自動化程度高的優(yōu)點。對淺層(30m以內(nèi))地質(zhì)調(diào)查,有著非常廣泛的應(yīng)用前景,如探測采空區(qū)、基巖面、覆蓋層厚度、查找潛伏斷層、破碎帶、古溶洞,以及地下掩埋物(管道、電纜、金屬目標(biāo)等),管道溝,涵洞,等特別有用,對于壩基地質(zhì)調(diào)查,地下水位的測定,各種環(huán)境地質(zhì)調(diào)查,如污染物及管道泄漏范圍的測定,淺部裂縫調(diào)查,以及考古調(diào)查等都很適用。
3.3 施工方法技術(shù)及參數(shù)選擇
3.3.1儀器參數(shù)
本次探測采用從瑞典MALA GEOSCINCE公司引進(jìn)了世界最先進(jìn)的探地雷達(dá)系統(tǒng)RAMAC/GPR。該系統(tǒng)配置了9套雷達(dá)天線,頻率范圍在1GHz~1000Hz之間,其中4套為屏蔽天線,5套為非屏蔽天線,可以滿足不同探測深度和精度要求,是國內(nèi)探地雷達(dá)天線最全的單位之一。
探地雷達(dá)具有以下特點:
1) 無損檢測;
2) 分辨率高;
3) 連續(xù)測量;
4) 可滿足不同探測深度和精度需求(通過選擇適當(dāng)頻率的天線實現(xiàn));
5) 可重復(fù)進(jìn)行掃描,原位檢測測量結(jié)果;
6) 資料解釋可引用地震勘探中一些成熟的方法和軟件;
7) 設(shè)備輕便,操作簡單、迅速,現(xiàn)場實時成像。
RAMAC/GPR是目前國際上最先進(jìn)的探地雷達(dá)系統(tǒng)之一,其主要技術(shù)參數(shù)如下:
1) 動態(tài)范圍: 150dB
2) 脈沖重復(fù)頻率 100kHz
3) A/D轉(zhuǎn)換 16bits
4) 采樣數(shù) 128~4096可選
5) 實時疊加次數(shù) 1~32768
6) 采樣頻率 300~100,000MHz
7) 時間窗 20~3400ns
8) 掃描速度 150次/秒
9) 溫度范圍 -20℃~+50℃
3.3.2技術(shù)保證措施
目前的地質(zhì)雷達(dá)利用的是近場球面電磁波,其天線的探測范圍是一個形似開口向下的圓錐體,接收信號是地下一定范圍內(nèi)物體的綜合反映,在施工過程中,一定要保證激發(fā)、接收天線相互平行。
3.3.3測線布置
本次采用天線頻率為50MHz的天線。沿巷道頂板布置兩條測線,每條測線測試兩次,偏移距0.25m,測點間距0.25m,測線布置簡圖如下圖所示。
圖3-3 測線布置簡圖
綠色線條是L1測線走向,紅色線條是L2測線走向,紅色‘十字’交叉點為雷達(dá)測試物理點,完成實際測點數(shù)78個,有效點76個,其中主巷測點14個(距現(xiàn)場記錄,11-14測點位于破碎帶附近),左支巷測點7個,右支巷測點17個。
測線布置原則:由于礦井下面電磁干擾源眾多,為了保證信號的穩(wěn)定性,每個點處偏移0.25m復(fù)測一次,同是為了達(dá)到對異常對比分析的目的,每條測線偏離異常處一定距離測試一組正常點。
3.4 資料處理及解釋
雷達(dá)圖像為了達(dá)到地質(zhì)解釋的目的,首先需要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)處理主要是對雷達(dá)波形作處理,包括增強有效信息、抑制隨機噪聲、壓制非目標(biāo)體的雜亂回波、提高圖像的信噪比和分辨率等。其目的是壓制隨機的和規(guī)則的干擾,以盡可能高的分辨率在雷達(dá)圖像上顯示反射波,便于提取反射波的各種有用參數(shù),以利于地質(zhì)解釋。常用的雷達(dá)數(shù)據(jù)處理手段有數(shù)字濾波、反濾波、偏移繞射處理和增強處理等。數(shù)字濾波利用電磁波的頻譜特征來壓制各種干擾波,如直達(dá)波和多次反射波等;反濾波則是將地下介質(zhì)理解為一系列的反射界面,由反射波特征求取各個界面的反射系數(shù);偏移繞射處理,即反射波的層析成像技術(shù),是將雷達(dá)記錄中的每個反射點偏移到其本來位置,從而真實反映地下介質(zhì)分布的情況;增強處理,有助于增強有效信號,盡可能清晰地反映地下介質(zhì)的分布情況。
圖像解釋的第一步是識別異常,然后進(jìn)行地質(zhì)解釋。由于地下介質(zhì)往往具有不同的物理特性,如介質(zhì)的介電性、導(dǎo)電性及導(dǎo)磁性差異,因而對電磁波具有不同的波阻抗,進(jìn)入地下的電磁波在穿過地下各地層或管線等目標(biāo)體時,由于界面兩側(cè)的波阻抗不同,電磁波在介質(zhì)的界面上會發(fā)生反射和折射,反射回地面的電磁波脈沖其傳播路徑、電磁波場強度與波形將隨所通過介質(zhì)的電性質(zhì)及幾何形態(tài)而變化,因此,從接收到的雷達(dá)反射回波走時、幅度及波形資料,可以推斷地下介質(zhì)異常的埋深與類型。
從波形特征分析,地層下各種界面或埋設(shè)物的波形特征如下:
1、均勻介質(zhì)下的異常體,電磁波在傳播過程中發(fā)生繞射,波形特征為粗黑弧形,弧形頂端為異常的頂部位置,埋深(H)由旅行時(T)和電磁波在均勻介質(zhì)中的傳播速度(V)決定。旅行時(T)可以通過時間剖面直接讀取,電磁波在介質(zhì)中的傳播速度(V)恒定,如下是常見介質(zhì)中電磁波傳播速度。
表3-1 常見介質(zhì)電磁波傳播速度
介質(zhì)類型
雷達(dá)波速ν(m/ns)
衰減系數(shù)β(dB/m)
空氣
0.3
0
淡水
0.033
0.1
干砂
0.15
0.01
飽和砂
0.06
0.03-0.3
石灰?guī)r
0.12
0.4-1
泥巖
0.09
1-100
粉砂
0.07
1-100
粘土
0.06
1-300
花崗巖
0.13
0.01-1
巖鹽
0.13
0.01-1
金屬
0.017
108
2、混凝土中鋼筋的異常特征為,由于鋼筋對電磁波的反射強度大,波形表現(xiàn)為雙曲線特征,且能量較強。
3.5 本次探測成果
(1)L1測線
異常位置
L1測線分為兩個部分,名稱為L1-1和L1-2,L1-1為主巷-左支巷,包含21個測點,L1-2為主巷-右支巷,包含31個測點。下面是L1測線分為兩方向L1-1和L1-2地質(zhì)雷達(dá)時間剖面圖。
異常位置
圖3-4 L1-1測線50MHZ非屏蔽天線雷達(dá)時間剖面圖
圖3-5 L1-2測線50MHZ非屏蔽天線雷達(dá)時間剖面圖
從時間剖面圖分析,該測線兩個方向時間剖面初至波清晰,淺部能量較強且均一,往深部能量迅速衰減,只能看到微弱反射波,分析原因是巷道頂板有工字鋼支護(hù),且覆蓋一層金屬錨網(wǎng),如上表1數(shù)據(jù)所示,電磁波在石灰?guī)r中的傳播速度是0.12m/ns,衰減系數(shù)0.4-1(dB/m),在金屬中電磁波傳播速度0.017m/ns,但其衰減系數(shù)高達(dá)108(dB/m),因此金屬體對電磁波具有較強的吸收作用,致使電磁波無法穿透較深巖層。從整個剖面看,本次探測剖面兩端有效波信號傳播較深,最大延伸時間約200ns,中部信號能量弱且沿線時間段。
從L1-1剖面看,11-19道信號100-150范圍內(nèi)發(fā)生繞射現(xiàn)象,局部出現(xiàn)了繞射弧,繞射弧頂點位于14道;從L1-2剖面看,同樣在11-19道100-150范圍內(nèi)發(fā)生繞射現(xiàn)象,繞射弧頂點位于14道;總體分析該測線的兩個方向,從異常的分布位置看具有較好的一致性,雷達(dá)信號繞射波屬同一異常造成。
依據(jù)雷達(dá)信號的解釋原則,異常平面位置位于11-19道之間,異常中心位置位于14道,異常深度H由如下公式計算:
H=t*v
從兩剖面看,異常頂部旅行時相對讀數(shù)為105ns,由于儀器采集時設(shè)定了延時,從記錄看延時時間為40.5ns,時間剖面顯示的是雙程旅行時,所以計算深度時單程旅行時應(yīng)為:H=(105-40.5)/2=32.25ns,本次探測異常位于灰?guī)r中,傳播速度參考灰?guī)r中電磁波傳播速度0.12m/ns,而上部覆蓋有金屬體,金屬體中電磁波傳播速度0.017m/ns,根據(jù)介質(zhì)厚度關(guān)系本次對異常體深度計算時統(tǒng)計電磁波傳播速度暫定V=0.1m/ns。
綜上所述,異常深度H=0.1m/ns×32.25ns=3.325m。
(2)L2測線
異常位置
L2測線是在L1測線旁邊探測,目的首先是對L1測線進(jìn)行復(fù)測,其次是觀測異常的重現(xiàn)性。如下兩方向的處理成果。
異常位置
圖3-6 L2-1測線50MHZ非屏蔽天線雷達(dá)時間剖面圖
圖3-7 L2-2測線50MHZ非屏蔽天線雷達(dá)時間剖面圖
該測線解釋異常分布位置與L1測線基本相同,L2-2剖面異常表現(xiàn)特征沒L1-2明顯,但也有相對趨勢,異常深度沒變化。
4 鉆孔窺視儀探測研究
4.1 觀測方案及觀測儀器
4.1.1 觀測方案
頂部采用錨索機鉆孔,鉆孔直徑32mm,鉆孔設(shè)計深度10m,共施工3個鉆孔,鉆孔位置分別為頂板中部和左右兩拱肩。窺視孔布置如圖4-1、圖4-2所示。
為了保證窺視的深度和效果,現(xiàn)場將鉆孔位置選在圍巖較穩(wěn)定且未進(jìn)行注漿施工的區(qū)域;鉆孔施工完成后反復(fù)用水沖洗鉆孔,將巖粉排凈,防止巖粉擋住CCD探頭。
圖4-1 巷道窺視孔布置圖
圖4-2 巷道圍巖破裂分區(qū)測試測點布置平面圖
4.1.2 觀測儀器
(1)儀器簡介
巖層鉆孔探測儀主要用來通過在巖層中鉆孔探測巖層的構(gòu)造,具體結(jié)構(gòu)見圖4-3;可用來探測、測量、記錄裂口、裂縫,也可用來發(fā)現(xiàn)填有鉆屑的裂縫。觀測的圖像記錄在錄像帶上;通過與計算機連接,其圖像可轉(zhuǎn)換為計算機格式的圖形文件并做進(jìn)一步處理;巖層鉆孔探測儀由CCD微型探頭、圖像轉(zhuǎn)換器、發(fā)光體、放大器、信號轉(zhuǎn)換器、穩(wěn)壓電源、數(shù)碼錄像設(shè)備等組成;從CCD探頭到數(shù)碼錄像設(shè)備的信號通過電纜傳送;CCD探頭由不銹鋼支撐圓管逐節(jié)連接后插入鉆孔內(nèi)。
(2)儀器用途
可探測巷道圍巖松動圈范圍及其變化情況;測試圍巖巖層在受力過程中位移變化量;探測煤層及其頂板巖層的巖性、厚度;探測巷道及采煤工作面頂板離層、破裂、破壞情況;探測斷層、裂隙等地質(zhì)構(gòu)造。
(3)使用方法
在巖層中鉆出32mm的鉆孔,并用水沖盡孔內(nèi)巖石碎塊;將卷尺的一端由孔口用不銹鋼支撐圓管一直推到孔底,并且固定在孔底;將探測儀的CCD探頭、數(shù)碼錄像器通過電纜線連接在一起,將CCD探頭安裝在支撐圓管上;將CCD探頭送到鉆孔孔口后,開啟系統(tǒng)電源,打開錄像器開關(guān)。將CCD探頭用支撐管勻速推入鉆孔內(nèi),直至孔底,探測結(jié)束。YZT--Ⅱ型巖層鉆孔探測儀結(jié)構(gòu)圖見圖4-3。
圖4-3 YZT--Ⅱ型巖層鉆孔探測儀總體結(jié)構(gòu)圖
4.2 觀測資料
4.2.1 鉆孔窺視記錄
在采用鉆孔窺視儀觀測圍巖內(nèi)部破壞情況時,采用前進(jìn)式,即一邊慢慢推進(jìn)攝像頭,一邊記錄圍巖的破壞情況,當(dāng)觀測到孔內(nèi)圍巖的破壞或裂隙時,記錄下圍巖破裂的深度和破壞程度,并且記錄下視頻此時的時間,這樣能夠?qū)鷰r破壞的深度、破壞程度和形式與記錄的視頻文件對應(yīng)起來。由于巷道淋水嚴(yán)重,圍巖破碎,肩角部位施工的窺視孔塌孔嚴(yán)重,無法進(jìn)行窺視,僅有三個頂板孔成孔較好,表1~表3為頂板鉆孔1#、2#、3#的孔內(nèi)觀測記錄。表4-1 鉆孔1#孔內(nèi)破壞觀測記錄
序號
時間/min:s
深度/m
圍巖破壞程度
1
00:01-00:05
0-0.2
非常破碎
2
00:06-00:27
0.5-0.65
中等破碎
3
00:28-00:40
0.7-1.0
輕度破碎
4
02:42-02:51
1.0-1.2
明顯裂縫
5
02:51-03:10
1.2-2
多段離層
6
03:10-03:28
2-2.5
輕度破碎
7
03:28-03:42
2.5-2.9
較完整
8
03:43
3.0
明顯裂縫
9
03:44-03:49
3.1-3.3
輕度破碎
10
03:51
3.5
泥化夾層
11
03:52-04:20
3.5-4.4
較完整
12
04:20-04:22
4.4-4.5
泥化夾層
13
04:22-04:46
4.5-4.8
較完整
14
04:46-05:18
4.8-5.7
輕度破碎
15
05:18-05:23
5.7-6.0
較完整
16
05:34-05:51
6.0-6.5
輕度破碎,徑向裂隙發(fā)育
17
05:51-06:58
6.5-7.6
較完整,軸向裂隙發(fā)育
18
06:58-09:28
7.6-8.4
中等破碎
19
09:28-09:41
8.4-8.6
較完整,軸向裂隙發(fā)育
20
09:42
8.6
明顯裂縫
21
09:42-10:01
8.6-9.0
完整
表4-2 鉆孔2#孔內(nèi)破壞觀測記錄
序號
時間/min:s
深度/m
圍巖破壞程度
1
00:00-01:22
0-1.3
泥化松散
2
01:22-02:48
1.3-2.7
漿液固結(jié)松散巖體
3
02:48-03:05
2.7-
泥化松散
表4-3 鉆孔3#孔內(nèi)破壞觀測記錄
序號
時間/min:s
深度/m
圍巖破壞程度
1
00:00-00:19
0-0.30
非常破碎
2
00:19-00:45
0.3-0.9
中等破碎
3
00:45-00:58
0.9-1.1
輕度破碎
4
00:58-01:07
1.1-1.5
裂隙發(fā)育
5
01:09-01:29
1.5-1.6
輕度破碎
6
01:29-01:42
1.6-2.0
裂隙發(fā)育
7
01:42-02:20
2.0-2.7
較完整
8
02:20-02:42
2.7-3.3
裂隙發(fā)育
9
03:14-03:41
3.3-3.6
較完整
10
03:41-04:17
3.6-4.1
輕度破碎
11
04:17-04:25
4.1-4.4
裂隙發(fā)育
12
04:25-05:01
4.4-4.9
徑向裂隙發(fā)育
13
05:01-05:18
4.9-5.3
較完整
14
05:18
5.3
明顯裂縫
15
05:37-05:50
5.3-5.7
輕度破碎
16
05:50
5.8
泥化松散
4.2.2 鉆孔窺視圖像
為進(jìn)一步明確說明鉆孔窺視的觀測成果,對巖層內(nèi)部結(jié)構(gòu)形成更加直觀的認(rèn)識,提取了部分孔內(nèi)視頻圖像,如圖4-4所示。
嚴(yán)重破碎
中等破碎
輕微破碎
松散
裂縫
完整圍巖
圖4-4 部分鉆孔窺視圖像
4.3 巷道圍巖窺視結(jié)果分析
鉆孔窺視儀主要用來通過在巖層中鉆孔探測巖層的構(gòu)造,可以用來探測、測量、記錄裂口、裂縫,也可用來發(fā)現(xiàn)有鉆屑的裂縫。其主要用途為探測巷道圍巖裂隙發(fā)育圈范圍及其變化情況;測試圍巖巖層在受力過程中位移變化量;探測煤層及其頂板巖層的巖性、厚度;探測巷道頂板離層、破裂、破壞情況;探測斷層、裂隙等地質(zhì)構(gòu)造。
朱仙莊礦Ⅱ水平第二部皮帶機大巷待修復(fù)地段由于受到高壓滲流水、斷層破碎帶的影響,造成巷道圍巖泥化,導(dǎo)致巷道一定范圍內(nèi)的圍巖體喪失承載能力,因此,通過測定圍巖松散破碎圈的大小,可以為確定合理的承載環(huán)厚度提供依據(jù),指導(dǎo)后續(xù)的注漿工作?,F(xiàn)場共施工窺視測站3個,但是部分窺視孔由于孔內(nèi)巖石泥化破碎嚴(yán)重,鉆孔成孔極為困難,而且目前待修復(fù)段巷道幫頂淋水嚴(yán)重,導(dǎo)致無法進(jìn)行正常窺視。現(xiàn)場僅正頂3孔可進(jìn)行有效窺視,現(xiàn)對3孔實際窺視情況進(jìn)行分析。
1#孔位于交叉點南6m處,實際窺視深度9m,結(jié)合表1可以看出,巷道壁后2.5m范圍內(nèi)的圍巖破碎、破壞較為嚴(yán)重。2.5m~6m范圍內(nèi)圍巖較完整,但存在多段弱面夾層,部分泥化,6m~8.6m范圍內(nèi)圍巖軸向、徑向裂隙交錯發(fā)育,局部段中等破碎,8.6m~9m范圍內(nèi),圍巖較完整。
2#孔位于交叉點北12m處,實際窺視深度3m,由于該位置滲流水侵害嚴(yán)重,巷道圍巖泥化松散,為保障巷道安全修復(fù),故該位置前期已進(jìn)行超前注化學(xué)漿液加固,注漿深度3m,結(jié)合表2可以看出,巷道壁后0~1.3m范圍內(nèi),圍巖泥化松散,1.3m~2.7m范圍內(nèi),可見漿液膠結(jié)松散巖體,2.7m以外又見圍巖呈泥化松散狀,堵塞鉆孔,無法進(jìn)行進(jìn)一步窺視。
3#孔位于交叉點北25m,實際窺視深度5.8m,結(jié)合表3可以看出,巷道壁后0~2m范圍內(nèi)的圍巖破碎、破壞較為嚴(yán)重。2m~5.3m范圍內(nèi)圍巖完整,但可見局部裂隙發(fā)育,5.3m~5.7m范圍內(nèi)圍巖巖性逐漸惡化,5.7m以外圍巖出現(xiàn)松散破碎泥化現(xiàn)象,堵塞鉆孔。
根據(jù)對朱仙莊礦Ⅱ水平第二部皮帶機大巷巷道圍巖窺視情況的分析,可以得出以下結(jié)論:
1)從監(jiān)測鉆孔內(nèi)最大破壞深度看,巷道圍巖最大破壞深度達(dá)到8.6m,隨著鉆孔深度增加,圍巖破壞情況呈現(xiàn)先趨向緩和,后逐漸惡化的特點。由于測站處于滲流水侵害較小地段,由此可以推測滲流水侵害較嚴(yán)重的交叉點位置,破壞深度將更大,而且具有泥化松散特征。
2)頂板淺部圍巖多表現(xiàn)為區(qū)域性的較為嚴(yán)重或非常嚴(yán)重的破壞,頂板深部圍巖多為層狀破壞,表現(xiàn)為多段離層和泥化夾層。
3)巷道幫部鉆孔成孔后淋水嚴(yán)重,無法進(jìn)行窺視,表明幫部圍巖裂隙已成為主要導(dǎo)水通道,受滲流水侵害嚴(yán)重,為支護(hù)關(guān)鍵部位。
4)距交叉點25m處為圍巖較穩(wěn)定地段,對此位置的3#頂板鉆孔進(jìn)行窺視,發(fā)現(xiàn)在巷道壁后5.8米處出現(xiàn)泥化松散帶,表明巷道疏水降壓后,滲流水經(jīng)裂隙通道導(dǎo)向別處,但圍巖破壞特征依然明顯,同時說明滲流水對巷道侵害范圍很大。
5)從距交叉點12m處的2#頂板鉆孔的窺視情況看,所窺視的3m范圍內(nèi)均為泥化松散巖體,前期注化學(xué)漿加固后,漿液擴散范圍有限,注漿效果不佳,無法保證注漿范圍內(nèi)的松散巖體有效膠結(jié)。
為了保證窺視的深度和效果,現(xiàn)場將鉆孔位置選在圍巖較穩(wěn)定區(qū)域,但圍巖破碎情況仍然非常嚴(yán)重,從窺視情況來看,滲流水依然是導(dǎo)致巷道失穩(wěn)的主要原因,造成圍巖浸透松散、破碎,削弱圍巖自身強度,前期巷道維護(hù)雖然旨在對巷道圍巖提供足夠的支護(hù)強度,但始終不能抵抗巷道高滲流水壓,造成巷道變形失穩(wěn)加劇,因此,疏水降壓成為巷道維控的關(guān)鍵所在。
4.4 支護(hù)建議
1)前期施工的放水孔,疏水效果明顯下降,目前僅有一個放水孔出水,導(dǎo)致幫頂淋水嚴(yán)重,對巷道圍巖結(jié)構(gòu)損傷加劇,后期應(yīng)增設(shè)疏水降壓孔。
2)管棚施工應(yīng)與注漿加固相結(jié)合,固結(jié)泥化松散圍巖,防止在修復(fù)期間發(fā)生頂板垮冒事故,保障施工安全。
3)在上述兩支護(hù)措施實施的基礎(chǔ)上對巷道進(jìn)行為期1~3個月的巷道表面位移及頂板、幫部離層觀測,根據(jù)礦壓觀測情況確定是否需要采取加強支護(hù)措施。
5 具體方案及參數(shù)
5.1 圍巖松散破碎圈的確定
朱仙莊礦Ⅱ水平第二部皮帶機大巷待修復(fù)地段由于受到高壓滲流水、斷層破碎帶的影響,造成巷道圍巖泥化,導(dǎo)致巷道一定范圍內(nèi)的圍巖體喪失承載能力,因此,通過測定圍巖松散破碎圈的大小,可以為確定合理的承載環(huán)厚度提供依據(jù),指導(dǎo)后續(xù)的注漿工作。因此本課題組擬采用探地雷達(dá)探測與鉆孔窺視相結(jié)合的方法,通過在待修復(fù)巷段內(nèi)選取若干個具有代表性的斷面進(jìn)行測試,根據(jù)所測得的多組圍巖參數(shù),按照經(jīng)驗或概率統(tǒng)計的方法來確定松散破碎圈的大小。
5.2 區(qū)域性疏水降壓
地下水的治理設(shè)計到多方面的因素,特別考慮到二水平第二部皮帶機巷下方二灰?guī)r和三灰?guī)r水具有強壓,量少,有補給源的特點,建議先引導(dǎo)水,通過在底板合理布置導(dǎo)水孔,是區(qū)域內(nèi)的水壓降至“安全水頭”以下,為了避免后期巷道修復(fù)過程中灰?guī)r水對巷道圍巖的侵蝕弱化作用,防止幫頂部圍巖泥化崩解,引起頂板垮冒,造成安全事故,因此在前期底板疏水降壓的基礎(chǔ)上,待深淺孔注漿完成后,在頂幫預(yù)留泄水孔,避免強壓水對巷道圍巖的擾動破壞。
按照當(dāng)前礦上的治理措施進(jìn)行治理,重點把前底鼓分段下方的強壓水進(jìn)行引導(dǎo)出該區(qū)域,降低該地區(qū)水壓,為巷道支護(hù)提供初步基礎(chǔ)。疏水降壓孔布置參數(shù)如下:
1)兩孔開孔位置均在距離牛鼻子6m處(見圖4-3),12-放1孔開孔位置在巷道遠(yuǎn)離水溝的一幫;12-放2孔開孔位置在靠近水溝一幫。
2)開孔直徑Φ150mm,0~5m下Φ146mm孔口護(hù)壁管;0~15m用Φ133mm鉆頭掃孔,下Φ127mm止水套管,采用管內(nèi)注漿,管外返漿固管;孔深15m以下孔徑為Φ108mm,全孔下Φ91mm的花管。
3)注漿固管48小時后掃孔,掃孔至套管下0.5m左右后,做孔口管耐壓試驗,試驗壓力不小于8Mpa,穩(wěn)定時間不少于10分鐘,孔口周圍無出水冒漿現(xiàn)象,套管不松動方可繼續(xù)鉆進(jìn),否則必須重新注漿。
表5-1 鉆孔設(shè)計參數(shù)一覽表
孔號
位置
方位
俯角
終孔
12-放1
距牛鼻子6m處(見圖)
238°(垂直巷幫)
-58°
41m
12-放2
距牛鼻子6m處(見圖)
58°(垂直巷幫)
-70°
55m
圖5-1 F19斷層破碎帶疏水降壓孔平面布置圖
圖5-2 F19斷層破碎帶疏水降壓孔剖面圖
5.3 安全擴刷與承載環(huán)的構(gòu)建
在底板水得到有效治理之后,對巷道進(jìn)行修復(fù)才能真正控制巷道的變形失穩(wěn),考慮到巷道經(jīng)過斷層帶,加上多次擾動損傷,裂隙較為發(fā)育,直接進(jìn)行錨桿、錨索支護(hù)很困難也存在非常大的安全隱患,因此,提出大致的治理思路。
1)為保證擴刷施工的安全,通過短距離掩護(hù)注漿固結(jié)淺部圍巖體并及時架設(shè)架重型36U型鋼棚,初步控制圍巖進(jìn)一步變形失穩(wěn),考慮到二水平第二部皮帶機巷的復(fù)雜條件,初步設(shè)計棚距為400mm。
2)初噴壁厚充實,一方面提高圍巖與金屬棚的密實程度,減少不均勻力的產(chǎn)生,提高架棚支護(hù)的可靠性和有效性,另一方面是封閉圍巖,為下一步注漿封堵圍巖體做準(zhǔn)備。
3)幫頂注漿固結(jié),在淺部圍巖用快硬硫鋁酸鹽水泥(也可采用水泥水玻璃雙液漿)或化學(xué)漿液注漿控頂,目的在于封堵大型裂隙和淺層破碎圍巖體加固,形成具有一定承強度的承載環(huán)。深孔采用化學(xué)漿液注漿封閉圍巖裂隙,阻斷滲流水通道,在深部形成封閉阻水圈。
5.3.1 短距離掩護(hù)注漿
由于圍巖十分破碎,為保障巷道施工安全,根據(jù)頂板穩(wěn)定性以及淋水等情況如有必要則采取短距離循環(huán)掩護(hù)注化學(xué)漿,在化學(xué)漿固結(jié)淺部圍巖的掩護(hù)下進(jìn)行巷道施工。
注漿孔布置:在迎頭頂板施工鉆孔,鉆孔傾角60°,鉆孔間距為1.2m,共計5個鉆孔。超前水平控制范圍為3m,注漿后巷道掘進(jìn)進(jìn)尺2m,開始下一個循環(huán)。
注漿錨桿:由于圍巖泥化,鉆孔后成孔困難,建議使用自進(jìn)式中空注漿錨桿,公稱直徑32mm,壁厚6mm。
注漿材料:注漿材料采用馬麗散;
注漿壓力:8.0~10MPa。
注漿工藝:為提高注漿效果,減少竄漿現(xiàn)象,施工一個鉆孔、注一個孔。
圖5-3 短距離掩護(hù)注漿鉆孔布置平面圖及剖面圖
5.3.2 打地坪底拱重型U型棚
應(yīng)該在水的問題解決后,繼續(xù)在巷道幫部和底板部位注一定量的馬麗散進(jìn)行加強堵水,大巷U型棚設(shè)計為馬蹄形,共5節(jié),U型棚選用材質(zhì)為16MnK或20MnK的36U。棚距400mm,U型棚節(jié)與節(jié)之間搭接長度500mm,每處搭接位置采用限位卡纜固定,卡纜扭矩不小于300N?m。采用鋼筋網(wǎng)配合鐵背板腰幫過頂,鋼筋網(wǎng)采用礦方設(shè)計的電弧焊冷拔鋼筋網(wǎng)背板。每棚搭接處采一個鐵棚撐(底拱處除外),鐵棚撐放在中間一個卡纜處,鐵棚撐采用寬100mm、厚10mm的鋼板加工,也可用廢舊U型棚加工。
底拱鎖幫、底錨桿:每棚采用4對4根Φ24×3000mm錨桿配合鎖腿卡纜對U型棚的底拱進(jìn)行鎖腿施工。底拱鎖腿錨桿向下帶扎角45°,采用兩節(jié)Z2550錨固樹脂藥卷加長錨固,底拱鎖腿錨桿距底腳搭接點500mm,安裝時對準(zhǔn)鎖腿卡纜中的預(yù)留的孔眼進(jìn)行施工。安裝完成后及時噴漿封底(噴厚150mm),以防止水對底的侵蝕,加強對巷道底鼓控制,尤其加強底拱角處充(噴)實處理。腰幫背頂采用鋼笆網(wǎng),交叉密排,并要求橫平豎直。支架頂部及兩幫、肩窩應(yīng)背緊、背嚴(yán)、背牢,及時進(jìn)行壁后充填密實,不得出現(xiàn)空幫空頂現(xiàn)象。
5.3.3 初噴壁后充實
架棚完畢后,初噴混凝土,一定要將U型鋼壁后噴射均勻和充填密實。
初噴混凝土封閉圍巖,防止圍巖風(fēng)化潮解,混凝土配比,水泥:黃沙:石子=1:2:2。噴層厚度150mm,確保將U型棚完全封閉,并保證U型棚后有不少于設(shè)計噴厚90%的混凝土墊層。
5.3.4 幫頂淺孔注漿
注漿材料采用硫鋁酸鹽水泥(也可采用水泥水玻璃雙液漿),進(jìn)行封堵大型裂隙和淺層破碎圍巖體加固。按設(shè)計要求,將漿液注入到巷道輪廓以外的松散的巖體內(nèi),使松散的巖體粘結(jié),形成一個注漿硬殼帷幕,并根據(jù)需要控制粘結(jié)高度。
滯后迎頭10m范圍內(nèi),采用自進(jìn)式中空注漿錨桿,長度3m,公稱直徑32mm,壁厚6mm。排距1.6m。要求施工一個孔、注一個孔。注漿孔具體布置參數(shù)如圖5-4所示。注漿壓力一般不超過3.0MPa。注漿采用采用525#快硬硫鋁酸鹽水泥,水灰比0.85~1.0。性能特點:
1)早強、高強:除具有傳統(tǒng)硅酸鹽水泥的優(yōu)良性能外,還具有水化硬化快,早期強度高,硬化時體積收縮小或不收縮等優(yōu)良的建筑性能強度:1天達(dá)到5.0MPa,3天達(dá)到12.0MPa,7天達(dá)到20MPa,28天達(dá)到40MPa,隨養(yǎng)護(hù)齡期增長強度進(jìn)一步提高。2)高抗?jié)B性:水泥石結(jié)構(gòu)致密,混凝土抗?jié)B性能是同標(biāo)號硅酸鹽水泥的2~3倍。3)抗碳化性能好,干縮率低。
圖5-4 淺孔注漿布置圖
5.3.5 幫頂深孔注漿
在淺孔注漿完成后即實施深孔注漿,初步確定注漿管長度8.0m,孔深10.0m,每斷面5孔,排距1.6m,封孔深度為1.0~2.0m;注漿壓力8.0~10MPa。注漿材料采用馬麗散。具體深孔注漿加固范圍需結(jié)合前期圍巖松散破碎范圍測定結(jié)果合理確定,注漿管具體布置參數(shù)如圖5-5所示。
圖5-5 深孔注漿布置圖
5.4 補強加固及長期維控
通過注漿完成對巷道圍巖的改性工作,在圍巖淺層形成承載環(huán)并在深部形成阻水封閉圈的基礎(chǔ)上,進(jìn)行錨網(wǎng)索補強化支護(hù),考慮到強壓水對巷道的一幫破壞較為嚴(yán)重,建議在該幫部建立橫向錨索桁架結(jié)構(gòu)進(jìn)行補強,將力傳遞到穩(wěn)定圍巖區(qū)域,具體是否需要采用根據(jù)后期監(jiān)測決定。
5.4.1 頂部錨桿、關(guān)鍵部位錨索支護(hù)
在淺孔充填注漿結(jié)束后一個圓班必須采用Φ24×3000mm錨桿對頂板進(jìn)行支護(hù)。錨桿間距為700mm,排距800mm;在巷道頂區(qū)每兩排棚距(800mm)布置3套Φ21.8×8000mm頂部錨索(錨索與錨桿錯開布置),錨索間距2000mm,安裝錨索時頂錨索每孔使用一卷K2550和三卷Z2550型樹脂藥卷,頂部錨桿預(yù)緊力要求不小于100kN,錨固力不小于200kN;錨桿托盤規(guī)格200×200mm,厚度10mm。金屬網(wǎng)采用GB13788Φ6mm冷軋帶肋鋼筋電弧焊接,規(guī)格1.7×0.9m,網(wǎng)格100×100mm,金屬網(wǎng)用托盤壓實,其余無托盤處間隔200mm用10#鐵絲鏈牢,提高錨桿整體作用效果。
5.4.2 幫部錨桿及錨索強化支護(hù)
由于巷道幫部受到強大水平應(yīng)力的影響,需要進(jìn)行幫部錨桿支護(hù)及幫部錨索加強支護(hù)方案。幫部錨桿間距為700mm,排距800mm,具體的布置見圖5-6。
在巷道幫部布置2套Φ21.8×8000mm幫部錨索,錨索間距2000mm,安裝幫錨索使用一卷K2550和兩卷Z2550型樹脂藥卷,預(yù)緊力140kN??紤]到現(xiàn)場圍巖破碎,必須對U型棚進(jìn)行鎖腿加強支護(hù),在復(fù)噴與深孔注漿前完成。每一架U型棚在1m腰線向下500mm位置進(jìn)行鎖腿(鎖腿錨桿與幫部支護(hù)錨桿二合一),具體方式如下圖所示,在1m腰線向下500mm位置進(jìn)行鎖腿,且每兩個鎖腿卡纜共用一個眼,即在中間位置進(jìn)行搭接。鎖腿采用Φ24×3000mm錨桿,錨固方式與上相同。
圖5-6 第二部皮帶機大巷底拱鎖腿U型棚支護(hù)斷面示意圖
5.4.3 底板打地坪與錨桿、錨索注漿方案
在巷道底板打中間1000mm的混凝土底拱,然后布置3套Φ21.8×8000mm底板注漿錨索,錨索間距2000mm,注漿后預(yù)緊力應(yīng)達(dá)到140kN。并且間隔布置Φ24×2600mm注漿高強度錨桿,具體布置方式見圖5-6。
5.4.4 復(fù)噴混凝土
錨桿索及鎖腿加強支護(hù)安裝結(jié)束后再進(jìn)行一次薄噴(厚度50mm),防止錨桿、錨索暴露空氣中銹蝕,并為深孔強化注漿做準(zhǔn)備。
5.4.5 安裝高精度的儀器開展礦壓觀測
觀測巷道變形情況,支架受力破壞情況,頂、底板移進(jìn)量,兩幫移進(jìn)量。采用“十字”布點法監(jiān)測。
施工單位要對巷道所設(shè)測站進(jìn)行觀測并認(rèn)真作好記錄,每周定期將觀測數(shù)據(jù)送交礦生產(chǎn)技術(shù)科錨拉組。觀測要求:觀測點布置好后的5天內(nèi),每天記錄一次巷道圍巖位移情況;支護(hù)10~60天,每周記錄一次巷道圍巖位移情況;支護(hù)2月以上,每月記錄一次巷道圍巖位移情況。詳細(xì)記錄圍巖情況,特殊地點要作專門說明。
根據(jù)觀測資料,確定是否補強支護(hù),發(fā)現(xiàn)巷道圍巖變化較大時,必須采取補強支護(hù),可采取錨索梁或套棚補強支護(hù)。
6 主要結(jié)論
1)對于高滲透壓松散斷層破碎帶大斷面已失穩(wěn)巷道復(fù)修強化控制技術(shù)難題,巷道失穩(wěn)變形本質(zhì)上是圍巖滲流場、應(yīng)力場、損傷場三者相互耦合的結(jié)果,對該類巷道進(jìn)行修復(fù)也應(yīng)該考慮三者的綜合治理。
2)采用探地雷達(dá)探測與鉆孔窺視相結(jié)合的方法,通過在待修復(fù)巷段內(nèi)選取若干個具有代表性的斷面進(jìn)行測試,根據(jù)所測得的多組圍巖參數(shù),按照經(jīng)驗或概率統(tǒng)計的方法來確定松散破碎圈的大小,現(xiàn)場反應(yīng)良好。
3)重型U型鋼支護(hù)結(jié)合錨桿、錨索注漿支護(hù)技術(shù)相結(jié)合,可以有效的控制圍巖變形,但是高滲透水的治理是所有方案實施的必要條件,后期精密儀器的時時檢測反饋也十分重要。
參考文獻(xiàn)
[1] 何滿潮,袁和生,靖洪文,等著.中國煤礦錨桿支護(hù)理論與實踐[M].北京:科學(xué)出版社,2004.
[2] 侯朝炯,勾攀峰.巷道錨桿支護(hù)圍巖強度強化機理研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2000,19(3):342-345.
[3] 張農(nóng),高明仕.煤巷高強預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)技術(shù)與應(yīng)用[J].中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報,2004,33(5):524-527.
[4] 陳慶敏,郭頌,金太.錨桿支護(hù)的“剛性”梁理論及其應(yīng)用[J].礦山壓力與頂板管理.2000,17(1):1-4.
[5] 漆太岳,陸士良,高波.大變形巷道錨桿的力學(xué)特性[J].中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報,2002,31(5):354-356.
[6] 錢鳴高,繆協(xié)興,許家林等.巖層控制的關(guān)鍵層理論[M].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2003.
[7] Ulusay Resat,Yoleri,M.Faith.Shear strength characteristics of discontinuities in weak,stratified, clay-bearing coal measures encountered in Turkish surface coal mining[J].Bulletin of the International Association of Engineering Geology,1993,10:P109-117.
[8] 周維垣.高等巖石力學(xué)[M].北京:水利電力出版社,1993.
[9] 谷德振.巖體工程地質(zhì)力學(xué)基礎(chǔ)[M].北京:科學(xué)出版社,1979.
[10] 康紅普,王金華等著.煤巷錨桿支護(hù)理論與成套技術(shù)[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2007.
[11] ZHANG Nong,WANG Cheng.Rapid Development of Coal Mine Bolting in China[J].Procedia Earth and Planetary Science,2009,1(1):41-46.
[12] 柏建彪,王襄禹,賈明魁,等.深部軟巖巷道支護(hù)原理及應(yīng)用[J].巖土工程學(xué)報,2008(5):632-635.
[13] 樊克恭,翟德元著.巷道圍巖弱結(jié)構(gòu)破壞失穩(wěn)分析與非均稱控制機理[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2004.
[14] 秦昊,茅獻(xiàn)彪,徐金海.軟弱頂板煤巷圍巖變形破壞特征數(shù)值分析[J].采礦與安全工程學(xué)報2006,23(3):289-292.
[15] Sun,D.A.,Matsuoka,H.,Muramatsu,D.etc.Deformation and strength characteristics of weathered soft rock using triaxial tests,International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences,2004,5p 1A 15:1-6
[16] 曾佑富,伍永平,來興平,等.復(fù)雜條件下大斷面巷道頂板冒落失穩(wěn)分析[J].采礦與安全工程學(xué)報,2009,26(4):423-427,432.
[17] Man-chu Ronald Yeung.Application of Shi’s Discontinuous Deformation Analysis to the Study of Rock Behavior[D].Department of Civil Engineering College of Engineering University of California Berkeley.1991.
[18] 李桂臣.軟弱夾層頂板巷道圍巖穩(wěn)定與安全控制研究[D].徐州:中國礦業(yè)大學(xué),2008.
[19] 楊太華.水-裂隙巖體相互作用理論及其應(yīng)用研究[D].上海:同濟(jì)大學(xué),1995.
[20] 楊天鴻,唐春安,徐濤,等著.巖石破裂過程的滲流特性-理論、模型與應(yīng)用,2004,北京,科學(xué)出版社.
[21] Malek Bouteldja.Design of Cable Bolts Using Numerical Modeling[D].Department of Mining and Metallurgical Engineering.McGill University,Montreal,Canada.April 2000.
[22] 李學(xué)華,梁順,姚強嶺,等.泥巖頂板巷道圍巖裂隙演化規(guī)律與冒頂機理分析[J].煤炭學(xué)報,2011(6):903-908.
[23] 姚強嶺.富水巷道頂板強度弱化機理及其控制研究[D].徐州:中國礦業(yè)大學(xué),2011.
[24] 李桂臣,張農(nóng),許興亮,等.水致動壓巷道失穩(wěn)過程與安全評判方法研究[J].采礦與安全工程學(xué)報,2010(3):410-415.
[25] 張農(nóng),許興亮,李桂臣.巷道圍巖裂隙演化規(guī)律及滲流災(zāi)害控制[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2009,28(2):330-335.
[26] 謝文兵,史振凡,殷少舉.近距離跨采對巷道圍巖穩(wěn)定性影響分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2004,23(12):1986-1991.
[27] 王紅勝,張東升,王旭鋒,等.綜放面近距離跨采下山分區(qū)加固技術(shù)[J].西安科技大學(xué)學(xué)報,2007,27(4):559-563.
[28] 方新秋,郭敏江,呂志強.近距離煤層群回采巷道失穩(wěn)機制及其防治[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2009,28(10):2059-20
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