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：針對煤礦逐漸轉(zhuǎn)入深部開采的情況，提出一種深部軟巖硐室圍巖加固技術(shù)方案，通過在趙樓煤礦的實踐應(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，并對其加固機理進行分析，具有良好的經(jīng)濟效果，有一定的推廣應(yīng)用價值。關(guān)鍵詞：深井 軟巖硐室 加固技術(shù) 錨注支護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我國原煤產(chǎn)量位于世界首位，但由于多年的開采，淺部易開采的煤炭資源日益減少，據(jù)統(tǒng)計表明中國立井開采深度正以每年812m的速度增加,東部礦井開采深度正以每年1025m的速度發(fā)展,預(yù)計在未來20年內(nèi)我國多數(shù)煤礦將進入到10001500m的深度。深井開采最突出的問題是地壓大、地溫高。本文對趙樓煤礦深井軟巖硐室巷道加固技術(shù)進行了試驗研究，并取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟效益。1、工程概況趙樓煤礦隸屬兗州礦業(yè)集團公司，位于菏澤巨野煤田的中部，是兗礦在巨野煤田開發(fā)在建的一座大型現(xiàn)代化礦井。設(shè)計年生產(chǎn)能力300萬t，礦井服務(wù)年限60.1a。設(shè)計3個立井井筒，井口設(shè)計標(biāo)高45.000m，開采水平標(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21條，背斜8組。井底車場及硐室處在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、支護方案及參數(shù)2.1 井底車場巷道支護井底車場硐室包括馬頭門、泵房、變電所、膠帶輸送機硐室、水倉及各種類型的交岔點及連接巷道等。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,加大了作用在支護結(jié)構(gòu)上的外荷載。故采用擴大斷面錨網(wǎng)噴一次支護，錨注二次支護方式。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。支護參數(shù)如下：（1）一次支護擴大斷面，巷道每側(cè)擴大100mm，拱頂擴大100mm；掘后先噴50mm混凝土，以封閉圍巖；錨桿采用222500mm高強讓壓可變形錨桿，底部1塊速凝樹脂錨固劑錨固，外部砂漿全長錨固，錨桿間排距800800mm；錨桿托盤采用高強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，噴射砼強度等級C20；底板不穩(wěn)定有底臌傾向時，采用16槽鋼、錨桿注漿加固，錨桿采用221600mm高強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無縫鋼管，每斷面3根，排距1.6m與高強錨桿隔排交錯布置。（2）二次支護待巷道穩(wěn)定后（大約巷道施工1520天后）實施錨注二次支護。注漿錨桿采用252400mm無縫鋼管制作，錨桿端部扭成S狀，安裝時用1塊樹脂錨固劑錨固，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高效早強減水劑；注漿壓力2MPa，瞬時壓力3MPa。2.2 副井馬頭門支護副井馬頭門屬井下大斷面重點工程， 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讓壓錨桿錨索錨注噴射砼和澆灌鋼筋砼聯(lián)合支護體系加固。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示意圖Fig. 1 Sketch of reinforcement support in horsehead and its pontes1高強讓壓錨桿及金屬網(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搖臺基礎(chǔ)。（1）高強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)力集中點多，因此錨桿選用222500mm高強讓壓可變形錨桿；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時注漿錨桿選用25冷軋無縫鋼管，壁厚46mm，錨桿長度L2500mm，間距1600mm，每兩根高強超長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，注漿錨桿選用=25冷扎無縫鋼管，壁厚46mm，錨桿長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時選17.88000mm；馬頭門及連接部分寬5m且4m 時選17.86500mm；間排距25003000mm。2.3 主泵房及變電所硐室支護因主泵房及變電所硐室在施工時錨索孔穿透泥巖層，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，對已成巷的泵房出水段實施錨網(wǎng)梁加強支護，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行加強支護，拱形錨梁使用16#槽鋼制作，每節(jié)長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，錨梁連接點相互錯開，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行承托。采用樹脂螺紋錨桿222400mm，間距1.2m，每根錨桿使用1塊K2870樹脂藥卷和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)錨梁時必須要接頂，對于大面積冒頂區(qū)采用水泥背板或噴漿料接頂。3、加固效果目前井底車場已施工3000余m，除在局部應(yīng)力集中區(qū)、交岔點及硐室開口等處出現(xiàn)噴層開裂現(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)已達到砌碹永久支護的要求。通過開展的深井礦壓監(jiān)測與巷道支護研究，設(shè)置測力錨桿、壓力傳感器、混凝土應(yīng)變計和位移計等儀器儀表對巷道支護受力、變形情況進行監(jiān)測。在馬頭門西側(cè)安設(shè)收斂變形測站；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交叉點處；并在副井馬頭門處安裝砼應(yīng)變計測量現(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)測值的最大變化量Tab.1 The most variety of various monitor value時間（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()10306090120150180154045505050500182222222222881211962032032042046893989897989887106102108131255255769211512713013013155.7860.1277.92101.53248.47251.64239.65由檢測數(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度儲備，能夠滿足后期各種巷道開挖造成的應(yīng)力重分布的要求。4、 機理分析深井軟巖巷道具有壓力大、來壓快、變形持續(xù)時間長，易風(fēng)化、遇水膨脹且自身承載能力低等特點，本文支護設(shè)計能很好的適應(yīng)這些特點，有效保證巷道的安全，不僅縮短了工期，而且降低的經(jīng)濟成本。（1）錨桿支護不但能及時支護圍巖，防止松動圈的擴大，而且一定程度的提高錨固區(qū)巖體的強度、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、來壓快的特點。（2） 擴大斷面二次支護其機理在于當(dāng)初始壓力大、變形量大時硬抗是困難的，第一次支護變形將卸掉部分應(yīng)力，膨脹量將大幅減少。二次錨注支護，將阻止圍巖繼續(xù)變形，即所謂“先讓后抗”機理，很好適應(yīng)變形持續(xù)時間長的特點。及時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）采用錨注支護技術(shù)能有效地固化圍巖，使巷道松散巖體形成一個再生自然拱，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)檢測數(shù)據(jù)顯示巷道已經(jīng)進入穩(wěn)定階段。實踐表明支護技術(shù)能有效地釋放初壓，適應(yīng)軟巖巷道圍巖的變形特點。在軟巖破碎帶的巷道施工時，應(yīng)視圍巖應(yīng)力大小，及時調(diào)整支護參數(shù)和支護材料，并且在二次支護的基礎(chǔ)上加錨索支護，有效地控制圍巖變形和松動圈的擴大，達到支護目的。參考文獻1何滿潮、孫曉明著，中國煤礦軟巖巷道工程支護設(shè)計與施工指南，科學(xué)出版社，20042高斌、毛春玲，