深井軟巖硐室圍巖加固技術(shù)與應(yīng)用.doc

深井軟巖硐室圍巖加固技術(shù)與應(yīng)用摘要：針對(duì)煤礦逐漸轉(zhuǎn)入深部開(kāi)采的情況，提出一種深部軟巖硐室圍巖加固技術(shù)方案，通過(guò)在趙樓煤礦的實(shí)踐應(yīng)用，表明本加固技術(shù)能很好的適應(yīng)深部軟巖的各種變形特點(diǎn)，并對(duì)其加固機(jī)理進(jìn)行分析，具有良好的經(jīng)濟(jì)效果，有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：深井 軟巖硐室 加固技術(shù) 錨注支護(hù)Reinforcement Skill of Soft Rock Chamber Adjoining Rock of Deep Well and Its ApplicationAbstract: Aiming at the coal mine gradually shaft to deep exploitation, advancing a reinforcement skill project of deep soft rock chamber. It can adapt well to the various deform character of deep soft rock by practicing in Zhao Lou coal mine, and analyzing its reinforcement mechanics. It have a good economic results and a certain worth of extension.Key words: deep well soft rock chamber reinforcement skill anchor support我國(guó)原煤產(chǎn)量位于世界首位，但由于多年的開(kāi)采，淺部易開(kāi)采的煤炭資源日益減少，據(jù)統(tǒng)計(jì)表明中國(guó)立井開(kāi)采深度正以每年812m的速度增加,東部礦井開(kāi)采深度正以每年1025m的速度發(fā)展,預(yù)計(jì)在未來(lái)20年內(nèi)我國(guó)多數(shù)煤礦將進(jìn)入到10001500m的深度。深井開(kāi)采最突出的問(wèn)題是地壓大、地溫高。本文對(duì)趙樓煤礦深井軟巖硐室巷道加固技術(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)研究，并取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。1、工程概況趙樓煤礦隸屬兗州礦業(yè)集團(tuán)公司，位于菏澤巨野煤田的中部，是兗礦在巨野煤田開(kāi)發(fā)在建的一座大型現(xiàn)代化礦井。設(shè)計(jì)年生產(chǎn)能力300萬(wàn)t，礦井服務(wù)年限60.1a。設(shè)計(jì)3個(gè)立井井筒，井口設(shè)計(jì)標(biāo)高45.000m，開(kāi)采水平標(biāo)高-860m，副井井筒凈直徑7.2m，深度935.0m，井筒采用凍結(jié)法施工。趙樓煤礦含煤地層為二疊系山西組和太原組，主采3煤層平均埋深7001200m。井田內(nèi)斷層46條，落差大于30m的多達(dá)21條，背斜8組。井底車場(chǎng)及硐室處在6煤底板、3灰頂板的粉砂巖、泥巖中，巖性不均一，地質(zhì)條件較復(fù)雜，巖體組分變化大，存在構(gòu)造應(yīng)力且巷道斷面大。2、支護(hù)方案及參數(shù)2.1 井底車場(chǎng)巷道支護(hù)井底車場(chǎng)硐室包括馬頭門、泵房、變電所、膠帶輸送機(jī)硐室、水倉(cāng)及各種類型的交岔點(diǎn)及連接巷道等。它們一般斷面都較大,相互間存在交互影響,加大了巷道和硐室圍巖中的應(yīng)力集中,加大了作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的外荷載。故采用擴(kuò)大斷面錨網(wǎng)噴一次支護(hù)，錨注二次支護(hù)方式。馬頭門、變電所及泵房等重要硐室加現(xiàn)澆鋼筋混凝土聯(lián)合支護(hù)。支護(hù)參數(shù)如下：（1）一次支護(hù)擴(kuò)大斷面，巷道每側(cè)擴(kuò)大100mm，拱頂擴(kuò)大100mm；掘后先噴50mm混凝土，以封閉圍巖；錨桿采用222500mm高強(qiáng)讓壓可變形錨桿，底部1塊速凝樹(shù)脂錨固劑錨固，外部砂漿全長(zhǎng)錨固，錨桿間排距800800mm；錨桿托盤采用高強(qiáng)讓壓可變形錨桿配套托盤；金屬網(wǎng)采用6mm冷拔絲焊接的金屬網(wǎng)；初噴砼厚度50mm，以封閉圍巖；待掛網(wǎng)后再噴40mm厚混凝土，噴射砼強(qiáng)度等級(jí)C20；底板不穩(wěn)定有底臌傾向時(shí)，采用16槽鋼、錨桿注漿加固，錨桿采用221600mm高強(qiáng)螺紋鋼錨桿錨固槽鋼，每斷面5根，排距1.6m；注漿錨桿采用251400mm無(wú)縫鋼管，每斷面3根，排距1.6m與高強(qiáng)錨桿隔排交錯(cuò)布置。（2）二次支護(hù)待巷道穩(wěn)定后（大約巷道施工1520天后）實(shí)施錨注二次支護(hù)。注漿錨桿采用252400mm無(wú)縫鋼管制作，錨桿端部扭成S狀，安裝時(shí)用1塊樹(shù)脂錨固劑錨固，錨桿間排距16001600mm；錨桿托盤采用熱軋扁鋼；注漿采用單液水泥漿，水泥采用525#普通硅酸鹽水泥，水灰比0.6m，摻水泥重量1.5%的UNF4高效早強(qiáng)減水劑；注漿壓力2MPa，瞬時(shí)壓力3MPa。2.2 副井馬頭門支護(hù)副井馬頭門屬井下大斷面重點(diǎn)工程， 2006年6月底已施工到底。因馬頭門處于不穩(wěn)定圍巖中，馬頭門及連接部分采用高強(qiáng)讓壓錨桿錨索錨注噴射砼和澆灌鋼筋砼聯(lián)合支護(hù)體系加固。加固斷面圖如圖1所示。圖1 馬頭門及其連接部分加固支護(hù)示意圖Fig. 1 Sketch of reinforcement support in horsehead and its pontes1高強(qiáng)讓壓錨桿及金屬網(wǎng)； 2噴射砼； 3注漿錨桿； 4C50砼； 5底板加固錨桿；6防水砼； 7反拱梁； 8爐渣砼； 9防水砼； 10搖臺(tái)基礎(chǔ)。（1）高強(qiáng)讓壓可變形錨桿馬頭門斷面大，受力條件因地處群峒之中而變得更惡劣，且受力變化大應(yīng)力集中點(diǎn)多，因此錨桿選用222500mm高強(qiáng)讓壓可變形錨桿；錨桿間距700900mm；錨桿排距1600mm。（2）內(nèi)注漿錨桿馬頭門連接部分寬5.0m時(shí)注漿錨桿選用25冷軋無(wú)縫鋼管，壁厚46mm，錨桿長(zhǎng)度L2500mm，間距1600mm，每?jī)筛邚?qiáng)超長(zhǎng)錨桿間裝一根注漿錨桿，呈梅花形布置；錨桿排距1600mm。馬頭門及連接部分寬5m且4m 時(shí)，注漿錨桿選用=25冷扎無(wú)縫鋼管，壁厚46mm，錨桿長(zhǎng)2000mm，間距1600mm，排距B=1600mm。注漿錨托盤采用熱軋扁鋼B=100， =12制作。（3）注漿錨索馬頭門澆筑混凝土后，在拱基線以上施以注漿錨索加固，注漿錨索規(guī)格馬頭門連接部分寬5.0m時(shí)選17.88000mm；馬頭門及連接部分寬5m且4m 時(shí)選17.86500mm；間排距25003000mm。2.3 主泵房及變電所硐室支護(hù)因主泵房及變電所硐室在施工時(shí)錨索孔穿透泥巖層，伸入砂巖層而導(dǎo)致錨索孔漏水。漏水量在78m3/h，水質(zhì)清澈，溫度在408左右。為防止?jié)B水引起泥巖的軟化膨脹，對(duì)已成巷的泵房出水段實(shí)施錨網(wǎng)梁加強(qiáng)支護(hù)，并打?qū)？仔顾?，成巷完成后注漿止水。 采用自外向里的順序?qū)Ρ梅砍鏊芜M(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，拱形錨梁使用16#槽鋼制作，每節(jié)長(zhǎng)2.5m，兩根錨桿固定，錨梁安設(shè)排距1.2m。每節(jié)之間采用螺栓連接，為保證錨梁合理受力，錨梁連接點(diǎn)相互錯(cuò)開(kāi)，并避免布置在正頂位置。 錨梁采用錨桿懸吊固定，并向拱基線下延伸1m，用兩根錨桿在幫部進(jìn)行承托。采用樹(shù)脂螺紋錨桿222400mm，間距1.2m，每根錨桿使用1塊K2870樹(shù)脂藥卷和1塊CK2870錨固劑錨固。 錨梁按中腰線施工，滿足硐室后期砌碹要求。安設(shè)錨梁時(shí)必須要接頂，對(duì)于大面積冒頂區(qū)采用水泥背板或噴漿料接頂。3、加固效果目前井底車場(chǎng)已施工3000余m，除在局部應(yīng)力集中區(qū)、交岔點(diǎn)及硐室開(kāi)口等處出現(xiàn)噴層開(kāi)裂現(xiàn)象外，其他巷道和硐室基本保持完好，加固效果在巖層破碎巷道尤為明顯。-860m水平中央泵房硐室出水處施以注漿以加固和堵水。現(xiàn)已達(dá)到砌碹永久支護(hù)的要求。通過(guò)開(kāi)展的深井礦壓監(jiān)測(cè)與巷道支護(hù)研究，設(shè)置測(cè)力錨桿、壓力傳感器、混凝土應(yīng)變計(jì)和位移計(jì)等儀器儀表對(duì)巷道支護(hù)受力、變形情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在馬頭門西側(cè)安設(shè)收斂變形測(cè)站；4#錨桿壓力傳感器、6#錨索傳感器安裝于副井馬頭門處；11#錨桿傳感器、17#錨索傳感器安裝在號(hào)交叉點(diǎn)處；并在副井馬頭門處安裝砼應(yīng)變計(jì)測(cè)量現(xiàn)澆鋼筋混凝土所受的壓力大小。其最大變化值加下表表1。 表 1 各種監(jiān)測(cè)值的最大變化量Tab.1 The most variety of various monitor value時(shí)間（d）兩幫收斂變形(mm)頂?shù)资諗孔冃?mm)4#錨桿受力(KN)11#錨桿受力(KN)6#錨索受力(KN)17#錨索受力(KN)砼應(yīng)變計(jì)()10306090120150180154045505050500182222222222881211962032032042046893989897989887106102108131255255769211512713013013155.7860.1277.92101.53248.47251.64239.65由檢測(cè)數(shù)據(jù)得知，巷道在施工后12月內(nèi)變形基本保持穩(wěn)定，在副井馬頭門處錨桿錨索發(fā)揮著重要的作用，其他處錨桿錨索均有較大的強(qiáng)度儲(chǔ)備，能夠滿足后期各種巷道開(kāi)挖造成的應(yīng)力重分布的要求。4、 機(jī)理分析深井軟巖巷道具有壓力大、來(lái)壓快、變形持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，易風(fēng)化、遇水膨脹且自身承載能力低等特點(diǎn)，本文支護(hù)設(shè)計(jì)能很好的適應(yīng)這些特點(diǎn)，有效保證巷道的安全，不僅縮短了工期，而且降低的經(jīng)濟(jì)成本。（1）錨桿支護(hù)不但能及時(shí)支護(hù)圍巖，防止松動(dòng)圈的擴(kuò)大，而且一定程度的提高錨固區(qū)巖體的強(qiáng)度、彈性模量、粘聚力和內(nèi)摩擦角等力學(xué)參數(shù)，并給圍巖施加一定的壓力，改善圍巖應(yīng)力狀態(tài)，提高圍巖自身承載能力，很好的適應(yīng)圍巖壓力大、來(lái)壓快的特點(diǎn)。（2） 擴(kuò)大斷面二次支護(hù)其機(jī)理在于當(dāng)初始?jí)毫Υ?、變形量大時(shí)硬抗是困難的，第一次支護(hù)變形將卸掉部分應(yīng)力，膨脹量將大幅減少。二次錨注支護(hù)，將阻止圍巖繼續(xù)變形，即所謂“先讓后抗”機(jī)理，很好適應(yīng)變形持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)。及時(shí)噴射混凝土層能有效地防止圍巖的風(fēng)化，有利于巷道的穩(wěn)定。（3）采用錨注支護(hù)技術(shù)能有效地固化圍巖，使巷道松散巖體形成一個(gè)再生自然拱，提高圍巖的整體性和穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)性，封堵裂隙，阻止水的滲透，有效地防止軟巖遇水膨脹及軟化，使圍巖位移量減小，巷道變形得到了明顯控制。 5、 結(jié)論自轉(zhuǎn)入井底車場(chǎng)建設(shè)后，在局部出現(xiàn)的底鼓冒頂現(xiàn)象得到得了很好的控制，據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示巷道已經(jīng)進(jìn)入穩(wěn)定階段。實(shí)踐表明支護(hù)技術(shù)能有效地釋放初壓，適應(yīng)軟巖巷道圍巖的變形特點(diǎn)。在軟巖破碎帶的巷道施工時(shí)，應(yīng)視圍巖應(yīng)力大小，及時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù)和支護(hù)材料，并且在二次支護(hù)的基礎(chǔ)上加錨索支護(hù)，有效地控制圍巖變形和松動(dòng)圈的擴(kuò)大，達(dá)到支護(hù)目的。參考文獻(xiàn)1何滿潮、孫曉明著，中國(guó)煤礦軟巖巷道工程支護(hù)設(shè)計(jì)與施工指南，科學(xué)出版社，20042高斌、毛春玲，